Как добывается и производится алюминий в промышленных условиях

К числу наиболее распространенных металлов земной коры относится алюминий.  Этот металл является наиболее легким, а также обладает хорошей теплопроводностью. Хорошо поддается механической обработке литью, хорошо гнется, вторичный по переработке. Его главные физические свойства:




  • Имеет серебристый цвет (с оттенком белого);
  • Легкий;
  • Плотность составляет около 2713 кг на один квадратный метр;
  • Температура кипения от 2518.9 градусов Цельсия;
  • Высокая пластичность до 50%.

1

Получение алюминия

Залежи глиноземного состава присутствуют практически во всех странах мира. Начальным этапом добычи является Бокситовая руда. Это название получено в честь местности Baux, находящейся на юге Франции. Пятерку лидеров по продаже, а также добычи бокситовой породы заняли следующие страны мира:

  • Россия до 4.5 млн. тонн за год;
  • КНР до 13,50 млн. тонн в год;
  • США до 2,5 млн. тонн за год;
  • Канада до 3,5 млн. тонн в год;
  • Австралия до 2,0 млн. тонн за год.

Помимо этого, сюда вошли:

  • Исландия до 0,50 млн. тонн за год;
  • Таджикистан до 0,43 млн. тонн за год;
  • ОАЭ до 0,90 млн. тонн за год;
  • Германия до 0,56 млн. тонн за год;
  • Бразилия до 1,70 млн. тонн за год;
  • Индия до 1,30 млн. тонн за год.

Металлическая руда разделяется по качеству, а содержание посторонних примесей влияет на критерии востребованности рынка продаж:

  • Повышенное количество серы усложняет процесс переработки вещества в чистый сплав;
  • Большое содержание кремниевого модуля повышает качество продукции;
  • Наличие карбонатов в руде усложняет процесс переработки породы;
  • Наименьшее содержание железа облегчает добычу металла из-под земли.

2

Химические свойства

Поверхность технического изделия или литейного сплава покрыта невидимой пленкой. Состоит пленка из оксида, который не способен реагировать с внешними природными окислителями: водой или кислородом (H2O, O2). Благодаря этому качеству этот металл не ржавеет.

После процесса рафинирования получают чистый металлический состав. Продукт сегрегации после отливки породы содержит тяжелые элементы. Остаток кристаллического осадка применяется для раскисления металла.

Состав металлической руды:

  • Cu до 0,0005 мг;
  • Mg производный остаток;
  • Fe до 0,0005 мг;
  • Zn до 0,0005 мг;
  • Al производный остаток;
  • Si до 0,005 мг.

Химический состав алюминия по нормам DİN 1712:

1




Также Al просто реагирует со сложными и другими элементами, образуют различные соединения. Кратко условие соединения такие:

  • Фтор (фторид Al) 2Al+3F2=2AlF3;
  • Углерод (карбид Al) 4Al+3C=Al4C3;
  • Азот (нитрид Al)2Al+N2=2AlN;
  • Вода, щелочь 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 и 2AL+2NAOH+6H2O=2Na(AL(OH)4) +3H2;
  • Соляная и серная кислота 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 и 2Al+3H2SO4=Al(SO4)3+3H;
  • Металлы 2Al+Cr2O3=Al2O3+2Cr.

Сырье для производства

В производство алюминия включены следующие категории химических элементов:

Нефелины. Состоят из нефелиновых сиенитов уртитов. Основные компоненты последних: апатит и нефелин. Составные части обрабатывают и получают апатитовый нефелиновый концентрат.

Алунит. Это основной сульфат алюминия и натрия. Представляет собой комплексное сырье, состоящий из серного ангидрида и щелочи.

Криолит. Соединение создают искусственно. Плавиковый шпат разводят с серной кислотой в специальных самоперемешивающихся печах. Образующуюся летучую кремнефтористую кислоту фильтруют с помощью водных башен, установленных над ваннами. После промышленный раствор очищают содой.

Следующая стадия направлена на получения криолита. Плавиковую кислоту разбавляют гидроксидом алюминия и содой, погружают в большие котлы, где происходит выплавка металлической руды. Криолит оседает, далее его фильтруют, просушивают при температуре 150 градусов Цельсия.

5

Бокситовый сплав состоит из оксидов железа, кремния и гидроксидов алюминия. Данное сырье используют в качестве флюса плавильной металлургии.

Добываемая земля выглядит как глина. Имеет однородную структуру. Часто попадается гороховидный полосчатый рисунок. Тропический климат способствует образованию качественного состава руды. Под высокими температурами минералы земной коры разлагаются, образуя конечный продукт Боксит. Далее полученный состав очищают от примесей газов.

Алюминиевый сплав имеет прочную связь с кислородом, поэтому процесс добычи его из почвы более затруднителен, по сравнению с другими металлами. Чтобы получить нужное соединение, глинозем перерабатывают поэтапно:

  1. Добывают залежи металлической руды;
  2. Из залежей получают глинозем или оксид алюминия;
  3. Далее химический элемент расщепляют в расплавленном электролите.

Последний пункт процесса переработки получил название Холла-Эру в 1886 году. Главными разработчиками современного метода плавления стали Чарльз Холл и Пол Эру.





Для производства одной тонны серебристого состава требуется 2000 кг. глинозема, 40 кг. фторида, 70 кг. криолита и около 600 кг. графитовых электродов.

Необходимое оборудование

Литейный завод для обработки алюминия использует технологические разработки:

  • Электролизная ванна (электролизный способ);
  • Сосуд для рафинации.

Электролизеры существуют разных размеров. Выпускаются емкости с само обжигающимся анодом и верхним токоотводом или уже с обожжённым анодом.

Ванна с обожжёнными анодами более мощная и производительная. Она меньше выделяет вредных веществ, чем ее предшественница. По форме это прямоугольное приспособление с днищем внутри глубиной до 0,5 метров. Электрическая мощность ванны зависит от поступающего тока к ней. Сила тока колеблется от 30 кА до 250 кА. Поверхность стен обтянута кожухом из стали. Внутри дополнительный слой шамота, поверх которого наложены угольные плиты. Низ так же образован угольными блоками.

3

Емкость для рафинации напоминает электролитную емкость. Состоит из угольной подины. К сосуду проведены теплоизолирующие футеровки и провода под напряжением. Температура нагрева достигает до +1000 градусов Цельсия.

Помимо электролитов используют охлаждающие печи и сосуды для выпаривания жидкости. На нашем сайте есть подробное видео по производству металлической руды.

Одной из мировых новинок является добыча металла с использованием электрохимического инертного анода. Эта технология не выбрасывает в атмосферу углекислый газ, а наоборот выделяет чистый кислород. Одна емкость может произвести более 8000 тонн кислорода в год. В настоящее время в промышленности осуществляется запуск нового оборудования.

Технологии производства алюминия

Металл получают путем извлечения глинозема из бокситовых руд. Его производят тремя методами:

  • Кислотным растворением алюминия;
  • Щелочным растворением алюминия;
  • Электролитическим методом.

Часто применяемые методы получения металла — это щелочное растворение алюминиевой руды и электролитическое получение алюминия. Щелочь быстро растворяет химический раствор алюминия. Смесь разбавляют гидроксиподом алюминия. Изготовление происходит поэтапно:



  • Глиноземный состав измельчают с добавлением щелочи или извести до однородной консистенции;
  • Дробленую пульпу закладывают в автоклав при температуре +240 градусов Цельсия и выщелачивают при больших температурах;
  • В растворе алюминат натрия и силиката натрия образуется нерасщепляемый элемент натриевый алюмосиликат. Отходы раствора фильтруют путем добавления разбавленной смеси щелочи при температуре +140 градусов Цельсия;
  • Металлический раствор перекачивают в декомпозеры (ванны с размешивающим приспособлением) с добавлением гидроокиси. Там извлекается гидроокись алюминия при пониженной температуре (+80 градусов Цельсия);
  • Получившуюся смесь отправляют на кальцинацию. Температура печи достигает +1300 градусов Цельсия, при вращении печи консистенция полностью испаряет влагу.

6

Процесс электролиза

Электролитическое восстановление происходит путем размещения металлической породы глинозема в электролиз каждые пол часа. Там при температуре около 1000 градусов Цельсия обжигается сырье. Промышленные масштабы позволяют использовать ванны с обожжёнными анодами для металлической руды:

  • Сырье погружают в сосуд, где происходит реакция алюмелевой руды;
  • Из окиси алюминия образуется хлорид алюминия;
  • Соединение хлора фильтруется;
  • Металл оседает на катоде.

Ванны без применения жидкого криолита экономят до 35% энергии, а также позволяют уменьшить расходы на дорогостоящий электрохимический криолит.

Рафинация металла

В ванну для рафинирования погружают алюминиевою породу после чего она делится на три составные части:

  • Расплавленный глинозем (нижний слой);
  • Электролит, состоящий из смеси хлорида бария, фторидов или натрия;
  • Металлическая пленка (верхний слой).

Состав анода таков: никель, марганец, свинец или олово. Допускается незначительное присутствие магния, который отсеивается хлором флюсом. В конечном результате получается 99,9% алюминий.

Металлический элемент применяют для создания транспортных средств, возведения зданий или сооружений, а также конструирования электронных приборов или электрической проводки. Металл обладает сохранением своих первоначальных качеств, что позволяет использовать состав в производстве повторно.

Разрабатываются новые технологии выплавки металлических сплавов, позволяющие экономично расходовать электроэнергию, а также мировые запасы руды.







Ссылка на основную публикацию
Загрузка...

error: Контент защищен !!
Adblock detector