Виробництво алюмінію: сировина, стадії, обладнання, опис

До числа найбільш поширених металів земної кори відноситься алюміній. Цей метал є найбільш легким, а також має гарну теплопровідність. Добре піддається механічній обробці лиття, добре гнеться, вторинний по переробці. Його головні фізичні властивості:

  • Має сріблястий колір (з відтінком білого);
  • легкий;
  • Щільність становить близько 2713 кг на один квадратний метр;
  • Температура кипіння від 2518.9 градусів Цельсія;
  • Висока пластичність до 50%.

отримання алюмінію

Поклади глиноземного складу присутні практично у всіх країнах світу. Початковим етапом видобутку є бокситових руда. Ця назва отримано в честь місцевості Baux, що знаходиться на півдні Франції. П’ятірку лідерів з продажу, а також видобутку бокситовий породи зайняли наступні країни світу:

  • україна до 4.5 млн. Тонн за рік;
  • КНР до 13,50 млн. Тонн в рік;
  • США до 2,5 млн. Тонн за рік;
  • Канада до 3,5 млн. Тонн на рік;
  • Австралія до 2,0 млн. Тонн за рік.

Крім цього, сюди увійшли:

  • Ісландія до 0,50 млн. Тонн за рік;
  • Таджикистан до 0,43 млн. Тонн за рік;
  • ОАЕ до 0,90 млн. Тонн за рік;
  • Німеччина до 0,56 млн. Тонн за рік;
  • Бразилія до 1,70 млн. Тонн за рік;
  • Індія до 1,30 млн. Тонн за рік.

Металева руда розділяється за якістю, а вміст сторонніх домішок впливає на критерії затребуваності ринку продажів:

  • Підвищена кількість сірки ускладнює процес переробки речовини в чистий сплав;
  • Великий вміст кремнієвого модуля підвищує якість продукції;
  • Наявність карбонатів в руді ускладнює процес переробки породи;
  • Найменша вміст заліза полегшує видобуток металу з-під землі.

Хімічні властивості

Поверхня технічного вироби або ливарного сплаву покрита невидимою плівкою. Складається плівка з оксиду, який не здатний реагувати з зовнішніми природними окислювачами: водою або киснем (H2O, O2). Завдяки цій якості цей метал не іржавіє.

Після процесу рафінування отримують чистий металевий склад. Продукт сегрегації після виливки породи містить важкі елементи. Залишок кристалічного осаду застосовується для розкислення металу.

Склад металевої руди:

  • Cu до 0,0005 мг;
  • Mg похідний залишок;
  • Fe до 0,0005 мг;
  • Zn до 0,0005 мг;
  • Al похідний залишок;
  • Si до 0,005 мг.

Хімічний склад алюмінію по нормам DIN 1712:

Також Al просто реагує зі складними і іншими елементами, утворюють різні сполуки. Коротко умова з’єднання такі:

  • Фтор (фторид Al) 2Al + 3F2 = 2AlF3;
  • Вуглець (карбід Al) 4Al + 3C = Al4C3;
  • Азот (нітрид Al) 2Al + N2 = 2AlN;
  • Вода, луг 2Al + 6H2O = 2Al (OH) 3 + 3H2 і 2AL + 2NAOH + 6H2O = 2Na (AL (OH) 4) + 3H2;
  • Соляна і сірчана кислота 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 і 2Al + 3H2SO4 = Al (SO4) 3 + 3H;
  • Метали 2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr.

Сировина для виробництва

У виробництво алюмінію включені наступні категорії хімічних елементів:

Нефелін. Складаються з нефелінових сієнітів уртит. Основні компоненти останніх: апатит і нефелин. Складові частини обробляють і отримують апатитовий сієніт концентрат.

алуніт. Це основний сульфат алюмінію і натрію. Являє собою комплексне сировину, що складається з сірчаного ангідриду і лугу.

Криоліт. З’єднання створюють штучно. Плавиковий шпат розводять з сірчаною кислотою в спеціальних самоперемешівающіхся печах. Утвориться летючу кремнійфтористим кислоту фільтрують за допомогою водних веж, встановлених над ваннами. Після промисловий розчин очищають содою.

Наступна стадія спрямована на отримання кріоліту. Плавиковий кислоту розбавляють гідроксидом алюмінію і содою, занурюють в великі котли, де відбувається виплавка металевої руди. Криоліт осідає, далі його фільтрують, просушують при температурі 150 градусів Цельсія.

Бокситовий сплав складається з оксидів заліза, кремнію та гідроксидів алюмінію. Дане сировину використовують в якості флюсу плавильної металургії.

Видобувається земля виглядає як глина. Має однорідну структуру. Часто трапляється гороховидний полосчатий малюнок. Тропічний клімат сприяє утворенню якісного складу руди. Під високими температурами мінерали земної кори розкладаються, утворюючи кінцевий продукт Боксит. Далі отриманий склад очищають від домішок газів.

Алюмінієвий сплав має міцний зв’язок з киснем, тому процес видобутку його з грунту більш скрутний, в порівнянні з іншими металами. Щоб отримати потрібну з’єднання, глинозем переробляють поетапно:

  1. Видобувають поклади металевої руди;
  2. З покладів отримують глинозем або оксид алюмінію;
  3. Далі хімічний елемент розщеплюють в розплавленому електроліті.

Останній пункт процесу переробки отримав назву Холла-Еру в 1886 році. Головними розробниками сучасного методу плавлення сталі Чарльз Холл і Пол Еру.

Для виробництва однієї тонни сріблястого складу потрібно 2000 кг. глинозему, 40 кг. фториду, 70 кг. криолита і близько 600 кг. графітових електродів.

Необхідне обладнання

Ливарний завод для обробки алюмінію використовує технологічні розробки:

  • Електролізна ванна (електролізний спосіб);
  • Посудина для рафінації та дезодорації.

Електролізери існують різних розмірів. Випускаються ємності з саме обпалюють анодом і верхнім токоотводом або вже з обпаленим анодом.

Ванна з обпаленими анодами більш потужна і продуктивна. Вона менше виділяє шкідливих речовин, ніж її попередниця. За формою це прямокутне пристосування з днищем всередині глибиною до 0,5 метрів. Електрична потужність ванни залежить від вступника струму до неї. Сила струму коливається від 30 кА до 250 кА. Поверхня стін обтягнута кожухом із сталі. Всередині додатковий шар шамоту, поверх якого накладено вугільні плити. Низ так само утворений вугільними блоками.

Ємність для рафінації та дезодорації нагадує Електролітну ємність. Складається з вугільної подини. До судині проведені теплоізолюючі футерування і дроти під напругою. Температура нагріву досягає до +1000 градусів Цельсія.

Крім електролітів використовують охолоджуючі печі і судини для випаровування рідини. На нашому сайті є докладний відео з виробництва металевої руди.

Однією зі світових новинок є видобуток металу з використанням електрохімічного інертного анода. Ця технологія не викидає в атмосферу вуглекислий газ, а навпаки виділяє чистий кисень. Одна ємність може призвести понад 8000 тонн кисню на рік. В даний час в промисловості здійснюється запуск нового обладнання.

Технології виробництва алюмінію

Метал отримують шляхом вилучення глинозему з бокситових руд. Його виробляють трьома способами:

  • Кислотним розчиненням алюмінію;
  • Лужним розчиненням алюмінію;
  • Електролітичним методом.

Часто застосовуються методи отримання металу – це лужне розчинення алюмінієвої руди і електролітичне отримання алюмінію. Луг швидко розчиняє хімічний розчин алюмінію. Суміш розбавляють гідроксіподом алюмінію. Виготовлення відбувається поетапно:

  • Глиноземний складу подрібнюють з додаванням лугу або вапна до однорідної консистенції;
  • Роздроблену пульпу закладають в автоклав при температурі +240 градусів Цельсія і витравлюють при високих температурах;
  • У розчині алюмінат натрію і силікату натрію утворюється нерозщеплюваних елемент натрієвий алюмосилікат. Відходи розчину фільтрують шляхом додавання розведеної суміші лугу при температурі +140 градусів Цельсія;
  • Металевий розчин перекачують в декомпозери (ванни з розмішують пристосуванням) з додаванням гідроксиду. Там витягується гідроокис алюмінію при зниженій температурі (+80 градусів Цельсія);
  • Отриману суміш відправляють на кальцинації. Температура печі досягає +1300 градусів Цельсія, при обертанні печі консистенція повністю випаровує вологу.

процес електролізу

Електролітичне відновлення відбувається шляхом розміщення металевої породи глинозему в електроліз кожні пів години. Там при температурі близько 1000 градусів Цельсія обжигается сировину. Промислові масштаби дозволяють використовувати ванни з обпаленими анодами для металевої руди:

  • Сировина занурюють в посудину, де відбувається реакція алюмелеві руди;
  • З окису алюмінію утворюється хлорид алюмінію;
  • З’єднання хлору фільтрується;
  • Метал осідає на катоді.

Ванни без застосування рідкого криолита економлять до 35% енергії, а також дозволяють зменшити витрати на дорогий електрохімічний кріоліт.

рафінація металу

У ванну для рафінування занурюють алюмінієві породу після чого вона ділиться на три складові частини:

  • Розплавлений глинозем (нижній шар);
  • Електроліт, що складається з суміші хлориду барію, фторидів або натрію;
  • Металева плівка (верхній шар).

Склад анода такий: нікель, марганець, свинець або олово. Допускається незначна присутність магнію, який відсівається хлором флюсом. В кінцевому результаті виходить 99,9% алюміній.

Металевий елемент застосовують для створення транспортних засобів, зведення будівель або споруд, а також конструювання електронних приладів або електричної проводки. Метал має збереженням своїх первісних якостей, що дозволяє використовувати склад у виробництві повторно.

Розробляються нові технології виплавки металевих сплавів, що дозволяють економічно витрачати електроенергію, а також світові запаси руди.

Ссылка на основную публикацию