В группу легких металлов, имеющих плотность меньше 5 г/см, входят Al, Mg, Ti, Be, Ca, В, Zn, К и др. Наибольшее промышленное применение из них имеют алюминий, магний, титан.

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Он преимущественно встречается в виде соединений с кислородом и кремнием алюмосиликатов. Для получения алюминия используют руды, богатые глиноземом AI2O3. Чаще всего применяют бокситы, в которых содержится, %: Аl 2 О 3 40-60, Fе 2 О 3 15-30, SiO 2 5-15, ТiO 2 2-4 и гидратной влаги 10-15.

Технологический процесс производства алюминия состоит из трех этапов: извлечение глинозема из алюминиевых руд, электролиз расплавленного глинозема с получением первичного алюминия и его рафинирование. Извлечение глинозема обычно производят щелочным способом, применяемым в двух вариантах: мокром (метод Байера) и сухом.

При мокром методе бокситы сушат, измельчают и загружают в герметические автоклавы с концентрированной щелочью, где выдерживают в течение 2-3 ч при температуре 150…250 °С и давлении до 3 МПа. При этом протекают реакции взаимодействия гидрооксида алюминия с едким натром:

AI 2 O 3 + ЗН 2 О + 2NaOH=Na 2 O AI 2 O 3 + 4Н 2 О.

Раствор алюмината натрия Nа 2 О А1 2 О в виде горячей пульпы идет на дальнейшую переработку. Оксиды железа, титана и другие примеси, не растворяющиеся в щелочах, выпадают в осадок-шлам.

Кремнезем также взаимодействует со щелочью и образует силикат натрия: SiO 2 + 2NaOH = Na 2 O SiO 2 + 4Н 2 О, который, в свою очередь, взаимодействуя с алюминатом натрия, выпадает в осадок, образуя нерастворимое соединение Na 2 O· AI 2 O 3 ·2SiO 2 ·2Н 2 О.

Пульпа после фильтрации и разбавления водой сливается в отстойник, где из алюминатного раствора выпадает в осадок гидроксид алюминия:

Na 2 O· AI 2 O 3 + 4Н 2 О = 2NaOH + 2A1 (ОН) 3 .

Гидроксид алюминия фильтруют и прокаливают при температуре до 1200 °С в трубчатых вращающихся печах. В результате получается глинозем:

2А1(ОН) 3 = AI 2 O 3 + ЗН 2 О.

Сухой щелочной способ или способ спекания состоит в совместном прокаливании при температурах 1200…1300 °С смеси боксита, соды и извести, приводящем к образованию спека, в котором содержится водорастворимый алюминат натрия:

AI 2 O 3 + Nа 2 СО 3 =Na 2 O · AI 2 O 3 + СО 2 .

Известь расходуется на образование нерастворимого в воде силиката кальция СаО SiO2. Алюминат натрия выщелачивают из спека горячей водой и полученный раствор продувают углекислотой:

Na 2 O AI 2 O 3 + ЗН 2 О + СО 2 =2А1(ОН) 3 +Nа 2 СО 3 .

Осадок промывают и прокаливают, получая глинозем, как и в предыдущем способе.

Алюминий получают электролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите Na 3 AlF 6 . Этот метод был предложен в 1886 г. одновременно Ч.Холлом в США и П.Эру во Франции и применяется до сих пор почти без изменений. Криолит получают в результате взаимо­действия плавиковой кислоты HF с гидроксидом алюминия с последую­щей нейтрализацей содой:6HF + А1(ОН) 3 =Н 3 АlF 6 + ЗН 2 О;

H 3 AIF 6 + ЗNа 2 СО 3 =2Na 3 AlF 6 + ЗН 2 О + СО 2 -

Электролиз осуществляют в алюминиевой ванне-электролизере, схема которого приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема электролизера для производства алюминия:

1 - катодные угольные бло­ки; 2 - огнеупорная футеровка; 3 - стальной кожух; 4 - угольные плиты; 5 - жидкий алюми­ний; 6 - металлические стержни с шинами; 7 - угольный анод; 8 - глинозем; 9 - жидкий элект­ролит; 10 - корка затвердевшего электролита; 11 - катодная токо-подводящая шина; 12 - фундамент

Ванна имеет стальной кожух прямоугольной формы, а ее стену и подину изготавливают из угольных блоков, теплоизолированных шамотным кирпичом. В футеровку подины вмонтированы стальные катодные шины, благодаря чему угольный корпус ванны является катодом электролизера. Анодами служат самообжигающиеся, вертикально расположенные угольные электроды, погруженные в расплав. При электролизе аноды постепенно сгорают и перемещаются вниз. По мере сгорания они наращиваются сверху жидкой анодной массой, из которой при нагреве удаляются летучие и происходит ее коксование. Электролит нагревается до рабочей температуры 930-950 °С. Глинозем, расходуемый в процессе электролиза, периодически загружают в ванну сверху. Благодаря охлаждению воздухом на поверхности образуется корка электролита. На боковой поверхности ванны образуется затвердевающий слой электролита (гарнисаж), пре­дохраняющий футеровку от разрушения и теплоизолирующий ванну. При высокой температуре глинозем AI 2 O 3 , растворенный в электролите, диссоциирует на ионы: А1 2 О 3 =2А1 3+ + O 2- На поверхности угольной подины, являющейся катодом, ионы восстанавливаются до металла: 2Al 3+ +6e=2al

По мере уменьшения содержания глинозема в электролите его периодически загружают в ванну электролизера. Жидкий алюминий скапливается на подине электролизера и периодически удаляется с помощью вакуумных ковшей.

Кислородные ионы разряжаются на угольном аноде: 3O 2- 6e= 3/2O 2 , окисляют анод, образуя СО и СО 2 , которые удаляются вентиляционными устройствами. Электролизные ванны соединяют последовательно в серии из 100-200 ванн.

Первичный алюминий, полученный в электролизной ванне, загрязнен примесями Si, Fe, неметаллическими включениями (AI 2 O 3 ,С), а также газами, преимущественно водородом. Для очистки алюминия его подвергают рафинированию либо хлорированием, либо электролитиче­ским способом.

Более чистый алюминий получают электролитическим рафинированием, где электролитом являются безводные хлористые и фтористые соли. В расплавленном электролите алюминий подвергают анодному растворению и электролизу. Электролитическим рафинированием получают алюминий чистотой до 99,996 %,потребляемый электрической, химической и пищевой промышленностью. Еще более чистый алюминий(99,9999 %)можно получить зонной плавкой. Этот способ дороже электролиза, мало производителен и применяется для изготовления

небольших количеств металла в тех случаях, когда необходима особая чистота, например для производства полупроводников.

Алюминий в чистом виде в природе не встречается, именно поэтому еще 200 лет назад человечество ничего не знало об этом металле. Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор. Вот как это происходит.

ДОБЫЧА БОКСИТОВ

Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Эта горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидрооксидов. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточены в тропическом поясе.

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА

Боксит дробят, высушивают и размалывают в мельницах вместе с небольшим количеством воды. Образовавшуюся густую массу собирают в емкости и нагревают паром, чтобы отделить большую часть кремния, содержащегося в бокситах.

Руду загружают в автоклав и обрабатывают щелочью – едким натром. В получившейся щелочной раствор из руды переходит практически весь оксид алюминия, а все посторонние примеси формируют твердый осадок - красный шлам.

Раствор алюмината натрия несколько суток перемешивают в декомпозерах, в результате чего в осадок выпадает чистый глинозем – Al 2 O 3 .

ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ

На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 ⁰С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.

ПЕРВИЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ

Первичный алюминий отливается в слитки и отправляется потребителям, а также используется
для дальнейшего производства алюминиевых сплавов для различных целей.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Литейные алюминиевые сплавы служат для получения готовых изделий путем отливки металла в формы. При этом необходимых свойств от сплава добиваются добавлением к нему различных добавок: кремния, меди и магния. Из таких сплавов, например, производят детали автомобильных и авиационных двигателей или колесные диски.

Благодаря высокой пластичности алюминий легко прокатывается в тончайшие листы. Для этих целей соответствующие алюминиевые сплавы выливают в прямоугольные бруски, достигающие 9 метров в длину и более. Из них производят алюминиевую фольгу и банки для напитков, а также детали автомобильных кузовов и многое другое.

Путем экструзии – получения нужной формы продавливанием размягченного металла через формовое отверстие – сегодня изготавливается большинство изделий из алюминия: от оправы очков или корпуса телефона, до фюзеляжа самолета или космического корабля.

ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЯ

В отличие от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому изделия из него можно переплавлять и использовать металл бесконечное количество раз. При этом переработка алюминия требует всего 5% энергии, затраченной на изготовление алюминия впервые.

процесс
производства

Производство алюминия включает
несколько этапов

Алюминий в чистом виде в природе не встречается, именно поэтому еще 200 лет назад человечество ничего не знало об этом металле. Метод получения алюминия при помощи электричества был разработан в 1886 году и применяется до сих пор. Вот как это происходит.

Добыча бокситов

ДОБЫЧА БОКСИТОВ

Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Эта горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидрооксидов. Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточены в тропическом поясе.

Дробление

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА

Боксит дробят, высушивают и размалывают в мельницах вместе с небольшим количеством воды. Образовавшуюся густую массу собирают в емкости и нагревают паром, чтобы отделить большую часть кремния, содержащегося в бокситах.

Выщелачивание

Руду загружают в автоклав и обрабатывают щелочью – едким натром. В получившейся щелочной раствор из руды переходит практически весь оксид алюминия, а все посторонние примеси формируют твердый осадок - красный шлам.

Декомпозиция

Раствор алюмината натрия несколько суток перемешивают в декомпозерах, в результате чего в осадок выпадает чистый глинозем – Al 2 O 3 .

Электролиз

ЭЛЕКТРОЛИЗ АЛЮМИНИЯ

На алюминиевом заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 ⁰С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.

Производство алюминия

Алюминий - самый распространенный металл в природе: его доля в земной коре составляет до 8,8%. Благодаря своей химической активности он практически не встречается в свободном виде: несмотря на бытующее мнение, алюминиевых рудников в природе не существует - для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.

Чаще всего алюминий производят из бокситов. Более 90% мировых запасов этого минерала сосредоточено в странах тропического и субтропического пояса: Австралии, Гвинее, Ямайке, Суринаме, Бразилии, Индии.

В нашей стране также используются нефелиновые руды, месторождения которых расположены на Кольском полуострове и в Кемеровской области. При переработке нефелинов получают значительные объемы попутной продукции - кальцинированную соду, поташ, удобрения и цемент.

Первое упоминание о металле, который по описанию был похож на алюминий, встречается в первом веке нашей эры у Плиния Старшего. Согласно изложенной им легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Очевидно, он ожидал благодарности и покровительства, но вместо этого лишился жизни. Недальновидный правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.

Но это всего лишь предание. А факты? Первый шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс в 16 веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18 века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом «alumina» (от латинского «alumen» - вяжущий). С этого момента о существовании алюминия стало известно науке, однако, не будучи найденным в чистом виде, металл не получил настоящего признания.

В 1808 году англичанин Хэмфри Дэви (Humphry Davy) пытался выделить алюминий методом электролиза. Это ему не удалось, но ученый все же дал металлу его современное название. Успехом увенчались эксперименты датчанина Ханса-Кристиана Эрстеда (Hans Christian Ørsted) в 1825 году. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил хлористый алюминий. Нагрев его с амальгамой калия, Эрстед выделил металл, по своим свойствам похожий на олово. Ученый сообщил об этом в малоизвестном журнале и прекратил эксперименты. Эстафету принял немец Фридрих Велер (Friedrich Wöhler), который в итоге потратил 18 лет работы на то, чтобы получить алюминий в виде слитка.

В 1854 году французский химик и промышленник Сент-Клер Девиль (Henri Saint-Claire Deville) разработал более дешевый способ. Он использовал в качестве восстановителя натрий, заменив им дорогостоящий калий. На Всемирной выставке 1855 года в Париже «серебро из глины» произвело фурор. Император Наполеон III, за столом которого особо почетным гостям подавали приборы из алюминия, загорелся мечтой снабдить свою армию кирасами из легкого металла. Он оказал Девилю мощную поддержку, и тот построил несколько алюминиевых заводов. Но произведенный им металл по-прежнему оставался дорогим. Из него делали лишь ювелирные украшения и предметы роскоши.

Алюминиевый завод конца XIX - начала XX века

Более дешевый способ производства крылатого металла появился лишь к концу 19-го века. Его одновременно и независимо друг от друга разработали американский студент Чарльз Холл (Charles Hall) и французский инженер Поль Эру (Paul Héroult). Предложенный ими электролиз расплавленной в криолите окиси алюминия давал прекрасные результаты, но требовал большого количества электроэнергии. При строительстве первого завода эту проблему решили, разместив предприятие рядом со знаменитым Рейнским водопадом в Швейцарии.

Работавший в России австрийский инженер Байер (Carl Josef Bayer) создал технологию получения глинозема, которая сделала новый способ еще более дешевым. Процессы Байера и Холла-Эру до сих пор применяются на современных алюминиевых заводах.

Новый промышленный материал был хорош всем, за исключением одного: для некоторых сфер применения чистый алюминий был недостаточно прочен. Эту проблему решил немецкий химик Альфред Вильм (Alfred Wilm), сплавлявший его с незначительными количествами меди, магния и марганца. Он открыл, что сплав в течение нескольких дней после закалки становится все прочнее и прочнее. В 1911 году в немецком Дюрене была выпущена партия названного в честь города дюралюминия, а в 1919 году из него был сделан первый самолет.

Так началось триумфальное шествие алюминия по миру. Если в 1900 году в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн.

Этапы производства алюминия

Сначала из добытой и обогащенной руды извлекают так называемый глинозем - оксид алюминия (Al 2 O 3). Несмотря на название, по виду он не имеет ничего общего с глиной или черноземом - скорее, он похож на муку или очень белый песок. Затем глинозем методом электролиза превращают в алюминий. Из двух тонн глинозема выходит одна тонна алюминия.

Бокситы содержат 40-60 % глинозема, а также кремнезем, оксид железа и диоксид титана. Чтобы выделить из них чистый глинозем, используют процесс Байера. Сначала руду нагревают в автоклаве с едким натром, затем охлаждают и отделяют от жидкости твердый осадок - «красный шлам». После этого из полученного раствора осаждают гидроокись алюминия и прокаливают ее, чтобы получить чистый глинозем.

Заключительный этап - собственно восстановление алюминия процессом Холла-Эру . Он основан на следующем принципе: при электролизе раствора глинозема в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6) выделяется алюминий. Дно электролизной ванны служит катодом, а угольные бруски, погруженные в криолит - анодами. Под раствором криолита с 3-5 % глинозема осаждается расплавленный алюминий. При этом температура процесса достигает 950° С, что значительно выше температуры плавления самого металла - 660° С.

При электролизе Холла-Эру чрезвычайно быстро расходуются угольные аноды и постоянно требуется установка новых. Эту проблему можно решить с помощью возобновляемого электрода Содерберга. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты, которая набивается в открытую с обоих концов оболочку из листовой стали. Паста добавляется в верхнее отверстие по мере необходимости. Опускаясь вниз, она успевает нагреться до того, как достигнет ванны с расплавом.

Меньшими затратами на электроэнергию и влиянием на окружающую среду характеризуется технология производства алюминия с использованием заранее обожженных анодов, которая практикуется на многих европейских и американских алюминиевых заводах. Аноды обжигают в огромных газовых печах, а затем опускают в расплав, укрепив в анододержателе. Израсходованные электроды заменяют новыми, а оставшиеся «кончики» отправляют на переработку.

В связи с повысившимися в последнее время требованиями к защите окружающей среды, на предприятиях, работающих по технологии Содерберга, серьезно встал вопрос о сокращении вредных выбросов. Сейчас его активно решают с помощью внедрения коллоидных анодов, сделанных из специальной коллоидной массы, термически устойчивой в широком диапазоне температур. По экологическим показателям этот метод сравним с технологией обожженного анода. Раз в сутки или реже металл забирают из электролизных ванн и разливают по формам.

Производство алюминия является исключительно энергоемким. Поэтому алюминиевые заводы наиболее выгодно строить в регионах, где есть свободной доступ к источникам электроэнергии.

Восстановление алюминия из глинозема путем электролиза - чрезвычайно энергоемкий процесс, поэтому большинство вертикально-интегрированных компаний производят собственную электроэнергию. Доступность и цена электроэнергии определяет вторую тенденцию, характеризующую алюминиевую промышленность. Производство этого металла покидает промышленно-развитые страны и перемещается в государства, богатые ресурсами и позволяющие вырабатывать электроэнергию с более низкими капитальными затратами.

Одним из направлений нашего предприятия является производство вторичного алюминиевого сплава. Сплав выпускается в виде чушек следующих видов: чушка АК5М2, АК9, АК9М2, АК12, чушка АВ87, различающиеся процентным содержанием в них примесей: магний, медь, цинк и т.п.. Вес каждой чушки составляет 16 кг ±5%. Вся продукция отвечает четким требованиям ГОСТ 1583-93. По желанию заказчика на нашем предприятии возможно производство алюминиевых сплавов с более узкими границами по химическому составу.

Фото

Фирмы

Алюминий и его свойства

Алюминий, в отличии от других металлов, содержится в глине в количестве от 40 до 60%.

Самые богатые алюминием глины - это бокситы. Содержание алюминия в них до 70%, но любая глина содержит достаточно алюминия, чтобы заниматься извлечением из нее металла. Из 10 кг. глины, обработанной специальным образом, извлекается (минимум) 4 кг. алюминия.

Этим способом мне в обычном городском гараже удается за 1 рабочий день произвести

180-200 кг. металла.

Затраты на транспортировку: перевожу глину в мешках в автомобиле Нива от карьера добычи до гаража по 500 кг.

4 литра бензина х 17 руб.= 68 руб.

В глину добавляется еще один обязательный компонент, стоимость которого 30 руб. за килограмм.

Расход 1 кг. компонента на 10 кг. глины.

10 кг. компонента х 30 руб. = 300 руб.

Десяти килограмм компонента хватит на то, чтобы обработать сто килограмм глины.

10кг. компонента + 100 кг. глины = 40 кг. алюминия

1 кг. алюминия стоит 30 руб. (до 55 руб. при продаже металла на предприятия).

40 кг. металла х 30 руб. = 1200 руб.

1200руб. - 300руб. (расходы) =900 руб. (чистой прибыли со 100 кг. глины).

В день на компактном оборудовании, которое можно разместить в стандартном гараже, удается переработать 500 кг. глины

Итого 200 кг металла- = 6000 руб. в день - компонент 50 кг (1500 руб.)+ бензин 68 руб.

6000 руб- 1568 руб= 4432 руб.За полный рабочий день.

Инструкция

Металлический алюминий

Алюминий — серебристо-белый металл, обладающий хорошей электропроводностью и теплопроводностью. По электропроводности он уступает только серебру и меди. На воздухе в присутствии влаги алюминий покрывается синевато-серой пленкой, защищающей его от дальнейшего окисления. Плотность алюминия 2700 кг/м3, температура плавления 658°С. Главные природные запасы алюминия заключены в бокситах, алунитах, нефелинах и глинах. Наибольшее промышленное применение получили бокситы, которые содержат 30... 57% А1203 и пустую породу.
Технология производства алюминия включает следующие процессы: получение чистого глинозема из руд, получение первичного алюминия электролизом глинозема, рафинирование первичного алюминия. Чистый глинозем А1203 получают из бокситов щелочным, кислотным,
электрометаллургическим и комбинированным методами.

Металлический алюминий получают по методу, разработанному профессором
П. П. Федотьевым в 20-х годах XX в., — электролизом глинозема, растворенного в криолите. Электролизная ванна заключена в стальной кожух 4 (рис. 27), внутри она выложена угольными блоками 2. К подине подведены катодные шины1, и весь корпус ванны является, таким образом, .катодным устройством. Анодами служат угольные блоки 6, которые присоединены к электрододержателям 5. Через загруженную глиноземом и криолитом ванну пропускают постоянный ток силой 70...75 кА и напряжением 4...4,5 В. Шихта нагревается и расплавляется теплотой, выделяющейся при прохождении тока между анодом и катодом. Рабочая температура составляет 930...950°С. Образующийся в процессе электролиза жидкий алюминий собирается на подине ванны, откуда его выкачивают вакуум-насосом в ковш.
Для получения 1 т алюминия расходуется до 18 5000 кВт-ч электроэнергии. Для очистки расплавленного алюминия от растворенных в нем газов и примесей его продувают в течение 10...15 мин хлором.
После рафинирования хлором получают алюминий чистотой до 99,85%, а после дальнейшего электролитического рафинирования — чистотой до 99,99%.

Технические характеристики:

Процесс получения алюминия.

Что касается объемов выпуска продукции из алюминия, то за последний век они увеличились в триста раз и сейчас продолжают расти.

Своими руками

"Экологический Содерберг"

КрАЗ запускает новую технологию производства алюминия - "Экологический Содерберг". В этом году Красноярский алюминиевый завод приступил к внедрению в производство новой технологии. Основные цели - значительно снизить вредную нагрузку на окружающую среду и улучшить условия труда рабочих. Инновационная технология "Экологический Содерберг" внедряется в четырех корпусах КрАЗа.

В рамках проекта будет усовершенствована конструкция электролизеров, футеровки, газоотсоса. Для производства алюминия КрАЗ будет использовать абсолютно новый вид сырья - коллоидную анодную массу. По своим показателям данная технология производства алюминия вплотную подходит к самым чистым разработкам, использующимся в отрасли. Ее применение позволит алюминиевому заводу уменьшить выбросы по тому же фтору в полтора раза. "Заводчане - тоже жители Красноярска, дышат этим воздухом и не могут ни думать об общей безопасности, не заботиться об экологии, - отметил Евгений Никитин, управляющий директор Красноярского алюминиевого завода. "Но нужно помнить, что предприятие было построено около 50 лет назад, по технологиям того времени. Для снижения экологической нагрузки РУСАЛ приступил к реализации комплексной программы экологической модернизации КрАЗа. Первый, пятилетний, этап был завершен в прошлом году. На заводе внедрена система автоматической подачи глинозема в электролизном производстве, производство переведено на технологию сухого анода. У нас полностью заменено газоочистное оборудование. Внедрением на заводе технологии "Экологический Содерберг" мы приступили к реализации второго этапа модернизации". Вопросу снижения доли ручного труда и безопасности рабочих разработчики технологии "Экологический Содерберг" также уделили особое внимание. Доля операций, на выполнение которых требуются тяжелые физические нагрузки, уменьшена более чем на 70%. Кроме этого, сейчас Инженерно-технологический центр РУСАЛа ведет разработку революционной технологии производства алюминия на базе инертного анода. При использовании таких анодов алюминиевый завод будет выделять в атмосферу исключительно кислород. Подобные разработки давно ведут ученные разных стран мира. РУСАЛ в этом проекте поддерживает правительство Российской Федерации. Компания ведет переговоры с госкорпорацией РОСНАНО по совместному финансированию проекта. Планируется, что на площадке Красноярского алюминиевого завода будет построено предприятие по производству инертных электродов мощностью 20 тысяч тонн в год.

Алюминий представляет собой пластичный и легкий металл, который имеет матово - серебристый оттенок. Широкий спектр применения данного металла в промышленности объясняется его свойствами. Дело в том, что алюминий является не только ковким и пластичным, но также способен с легкостью принять абсолютно любые формы. Высокая электропроводимость, легкость в обработке и нетоксичность лишь расширяют возможности применения металла.

Алюминий занимает четвертое место в мире по количеству природных образований. Это означает, что данный металл не так сложно найти. Тем не менее, в чистом виде он не встречается, а лишь входит в состав каких - либо материалов. Отсюда и появляется необходимость получения алюминия искусственным путем.

Наиболее распространен способ получения алюминия из так называемых бокситов. Кроме того, алюминий можно получить из нефелиновой руды. Здесь на помощь человеку приходит Гальваника, то есть процесс получения металла на поверхности сплава при помощи определенных химических реакций. В процессе получения алюминия, например, из нефелиновой руды, образуется и побочная продукция, которая также находит широкое применение. Среди таковой можно отметить удобрения, цементит и кальцинированную соду.

Процесс получения алюминия включает в себя следующие этапы: извлечение из только что добытой руды глинозема, то есть оксида алюминия. Внешне данное вещество похоже на белоснежный песок или муку. Далее электролизом данное вещество преобразуют в необходимый алюминий. Что касается пропорций исходного и получаемого продукта, то одну тонну алюминия можно получить из двух тонн глинозема.

Иногда в целях улучшения характеристик алюминия используют такой прием как Цинкование, то есть нанесение на поверхность цинка. Данный прием позволяет значительно повысить прочностные характеристики металла, увеличить его износостойкость.

Современная металлообработка алюминия берет свое начало еще в шестнадцатом веке. Тогда свойства металла еще только изучались, поэтому обработка алюминия носила несколько научный характер. Существует также легенда, что первые изделия из алюминия были преподнесены императору Тиберию в первом веке нашей эры. Тем не менее, тогда правитель испугался того, что алюминий вытеснит драгоценные металлы и казнил мастера. В конце девятнадцатого века алюминий обретает свою популярность и начинает применяться в качестве материала столовых приборов и при изготовлении оружия. Уже тогда свойства данного металла были раскрыты и широко использовались при конструировании изделий. В те времена алюминий все же относился к дорогим металлам, поскольку его добывали лишь во Франции. Так, в конце девятнадцатого - начале двадцатого веков из алюминия чаще всего делали всевозможные предметы роскоши и ювелирные украшения. В дальнейшем в состав металла стали вводить медь, магний и марганец для увеличения прочностных характеристик. Так на свет появился дюралюминий. В 1919 году из закаленного дюралюминия был сделан первый в мире самолет. Именно так начиналось распространение алюминия и алюминиевых сплавов вокруг света. В настоящее время материал стоит гораздо дешевле и имеет самое разнообразное применение. Все же хочется сказать, что на этом развитие промышленности не останавливается и вполне возможно, что вскоре ученые поразят нас новыми сплавами на основе алюминия. Данный материал поистине можно считать незаменимым в современном мире.

Отзывы

Комментарии

by Анонимный - 2013-06-30 22:35

by Анонимный - 2013-06-30 22:37

Хвала производству, которое перерабатывает уже использованные ресурсы. Процесс получения алюминия, описанный в статье, имеет много подводных камней. Второй этап его производства - получения глинозема из руд - весьма опасен для человека и окружающей среды. Нам известны аварии в Венгрии и Украине (Николаевский глиноземный завод, г. Николаев) на шламохранилищах. Это огромный минус и вредный "вклад" в нашу природу. Но стоит напомнить и подтолкнуть производителей алюминия и всех металлургов к тому, что все наши отходы мы сможем успешно переработать в наши доходы. Ныне уже известны способы добычи алюминия из красного шлама, т.е. отхода, который образуется при производстве самого металла. Считаю, это перспективой в развитии данного вида промышленности.

by Natalia - 2013-06-30 22:51

Хвала тем производствам, которые перерабатывают уже использованные ресурсы, сохраняя тем самым ресурсы, деньги и окружающую среду. Производство алюминия - целый комплекс технологий, одним из которых и одним из самых интересных есть производство глинозема из руды. На этом этапе образуется очень много отходов, которые могут быть опасны для человека и природы (яркие примеры - аварии на шламохранилищах в Венгрии и на Николаевском глиноземном заводе в Украине). Но эти самые отходы могут помочь металлургическому производству (и не только ему) превратить отходы в доходы! Шлам, который образуется, при производстве глинозема, можно превратить снова в алюминий, т.е. в тот металл, при производстве которого и образуется отход. Технологии уже разработаны! Считаю направление очень перспективным и интересным для инвесторов и металлургов.

Краткое описание:

Переработка металлов приобретает все большую актуальность не только в России, но и во всем мире. В современных отраслях промышленности, благодаря своим практичным свойствам, широчайшее распространение получил алюминиевый сплав. Первоначально, алюминий имел необычайно высокую себестоимость. Но благодаря возможности алюминия и его сплавов подвергаться многократной переплавке, современные изделия из алюминия отличаются низкой стоимостью.

При этом они легки, долговечны и технологичны. Способность к хорошей деформации позволяет использовать алюминий при изготовлении продукции сложных форм. Упоминая вторичный алюминиевый сплав, стоит оговориться, что в процессе многократной переплавки алюминий нисколько не теряет своих механических и физических свойств. В настоящее время алюминий применяют практически во всех сферах производства: в машиностроении и самолетостроении, производстве мебели, строительстве, изготовлении посуды, и даже производство такой мелочи как фольга не обходится без алюминия. Перечисление всех областей использования алюминиевых сплавов займет много времени, да и стоит ли это того. Ведь уже сказанного выше достаточно, чтобы сделать вывод - алюминиевый сплав незаменим в жизни современного человека. Одним из направлений нашего предприятия является производство вторичного алюминиевого сплава.

Сплав выпускается в виде чушек следующих видов: чушка АК5М2, АК9, АК9М2, АК12, чушка АВ87, различающиеся процентным содержанием в них примесей: магний, медь, цинк и т.п.. Вес каждой чушки составляет 16 кг ±5%. Вся продукция отвечает четким требованиям ГОСТ 1583-93. По желанию заказчика на нашем предприятии возможно производство алюминиевых сплавов с более узкими границами по химическому составу. Продажа алюминия АК5М2. Алюминий АК5М2 является одним из самых распространенных алюминиевых сплавов. Такая популярность АК5М2 вполне объяснима - цена на этот сплав очень доступна. Сплав АК5М2, имеющий в своем составе сочетание алюминия, кремния и меди, прост в обработке и практичен. В качестве сырья для производства чушек АК5М2 мы используем металлический лом и отходы других сплавов, что делает стоимость сплава АК5М2 еще более привлекательной.

Продажа алюминия АВ87. Алюминий АВ87 выпускается нашим предприятием в виде маркированных чушек. Согласно ГОСТ 1583-93. Невысокая цена на алюминий АВ87 способствует его широкому применению во многих современных отраслях производства. Наше предприятие оснащено современным технологическим оборудованием и штатом опытных рабочих, благодаря чему продукция «Профиль М» отличается высоким качеством. На нашем предприятии вторичные алюминиевые сплавы производятся в плавильных комплексах, оборудованных отражательными печами, объем которых равен 5 тоннам.

Электролитическая технология производства алюминия

После разработки технологии производства алюминия способом нагревания алюминиевой руды с натрием началось развитие алюминиевой промышленности. В 1856 году в Руане на заводе братьев Тисье был впервые выпущен алюминий.

Но цена его была очень высокой - 1 кг алюминия продавался за 300 франков. В то время алюминий использовался как полудрагоценный металл для изготовления всяких безделушек. Он приобрел популярность из-за своего белого цвета и блеска.

С годами, при совершенствовании способов добывания алюминия, он становился дешевле. И уже в середине 80-х в Англии 1 кг алюминия продавался за 30 шиллингов.

Первый электролиз алюминия

Химики продолжали исследования качеств металла и различных способов его производства. Еще в 1854 году Бунзен впервые получил алюминий путем электролиза расплава хлористого алюминия.

Параллельно с ним Девилль (который до этого предложил способ добывания алюминия через нагревание его в натрием) изобрел аппарат для электролиза алюминия. Благодаря пропусканию тока через двойной хлорид алюминия и натрия на платиновом электроде образовывался алюминий. Поддерживать сплавы в расплавленном состоянии приходилось путем нагревания их извне. Так как электричество в те годы было еще очень дорогим, то такой способ производства алюминия не получил распространения до появления мощных генераторов постоянного тока.

В 1878 году Сименс изобрел электрическую дуговую печь. Изначально она предназначалась для производства железа (где активно и использовалась), но также нашла применение в процессе добывания алюминия. Главным ее отличием было то, что для производства металла с ее использованием не нужны были икание внешние источники нагревания. Тепло производилось электрической дугой и благодаря сопротивлению шихты (измельченная руда) при прохождении через нее тока.

Таким образом к концу XIX столетия основные принципы электролиза алюминия были изучены и теперь нужно было разработать технологический процесс. В 1885 году француз Эру и американец Холл независимо друг от друга предложили новые технологии производства алюминия, которые дали толчок развитию алюминиевой промышленности.

Технологический процесс производства алюминия

Технологический процесс производства алюминия включает три основных этапа:

1. Создание глинозема из алюминиевых руд;
2. Создание из глинозема алюминия;
3. Процесс рафинирования алюминия.

И при этом необходимо использование такого оборудования:

оборудование для системы центральной раздачи глинозема;
электролизер;
катодная ошиновка;
установки сухой газоочистки;
монтажные, технологические и литейные краны;
аспирационные установки;
оборудование литейного цеха;
оборудование анодно-монтажного цеха;
металлоконструкции производственных корпусов.

Создание глинозема из руд - этап производства алюминия

Глинозем можно получить тремя методами: кислотным, щелочным и электролитическим. Самым популярным является щелочной метод. Суть метода заключается в том, что алюминиевые растворы очень быстро начинают разлагаться при введении гидроокиси алюминия, а раствор, который остался от разложения после выпаривания при интенсивном перемешивании при температуре 170 С, может снова растворить глинозем, который содержится в бокситах. Данный способ имеет такие главные стадии:

1. Подготовка боксита, которая подразумевает его дробление и измельчение в специальных мельницах. В мельницы отправляют едкую щелочь, боксит и немного извести. Пульпу, которая получилась, направляют на выщелачивание.

2. Выщелачивания боксита подразумевает его химическое разложение от соединения с водным раствором щелочи. При этом гидраты окиси алюминия при соединении со щелочью в раствор переходят в форме алюмината натрия, а кремнезем, который содержится в боксите, соединяясь со щелочью, в раствор переходит в форме силиката натрия. В растворе эти соединения: алюминат натрия и силикат натрия формируют нерастворимый натриевый алюмосиликат. В этот остаток переходят окислы железа и титана, которые предают остатку красный оттенок. Такой остаток - это красный шлам. Когда растворение полученного алюмината натрия завершается, его разводят водным раствором щелочи при понижении температуры до 100°С.

3. Отделение красного шлама и алюминатного раствора друг от друга происходит благодаря промывке в сгустителях. После чего красный шлам оседает, а оставшийся алюминатный раствор фильтруют.

4. Разложение алюминатного раствора. Его фильтруют и отправляют в крупные емкости с мешалками. Из данного раствора при охлаждении до 60°С и перемешивании постоянном выделяется гидроокись алюминия. Из-за того что процесс протекает неравномерно и очень медленно, а рост кристаллов гидроокиси алюминия очень важен при дальнейшей обработке, то в эти емкости с мешалками — декомпозеры ещё добавляют много твердой гидроокиси.

5. Получение гидроокиси алюминия осуществляется в вакуум-фильтрах и гидроциклонах. Большую часть гидроокиси как затравочный материал возвращают к процедуре декомпозиции. После водной промывки остаток отправляется на кальцинацию; и фильтрат тоже возвращается в процесс.

6. Обезвоживание гидроокиси алюминия — завершающая стадия производства глинозема. Она проходит в трубчатых, постоянно вращающихся печах. Сырая гидроокись алюминия, когда проходит через печь, полностью высушивается и обезвоживается.

Создание из глинозема алюминия при производстве также проходит в несколько этапов.

1. Электролиз окиси алюминия происходит при температуре в электролизере — 970°С. Электролизер имеет футерованную углеродистыми блоками ванну, к которой подключается электрический ток. Выделившийся жидкий алюминий собирается на угольном основании, и оттуда его регулярно откачивают. В электролит сверху погружены угольные аноды, сгорающие в атмосфере кислорода, который выделяется из окиси алюминия, и при этом выделяетс я окись или двуокись углерода.

2.Электролиз хлорида алюминия осуществляется путем превращения окиси алюминия в реакционном сосуде в хлорид алюминия. После чего в изолированной ванне осуществляется электролиз хлорида алюминия. Хлор, который при этом выделился, отсасывается и направляется для вторичного использования. А алюминий выпадает в осадок на катоде.

3.Восстановление марганцем хлорида алюминия, при этом освобождается алюминий. За счет управляемой конденсации выделяются загрязнения, связанные с хлором, из потока хлорида марганца. Когда происходит освобождение хлора, хлорид марганца превращается в окись марганца, которая потом восстанавливается до состояния марганца, который пригоден к вторичному использованию.

Процесс рафинирования алюминия при производстве алюминия

Рафинирующий электролиз с разложением водных солевых растворов для алюминия невозможен. Так как степень очистки промышленного алюминия, который получен путем электролиза криолитоглиноземного расплава, для некоторых целей будет недостаточна, то из отходов металла и промышленного алюминия благодаря рафинированию получают алюминий еще более чистый. Самым распространённым методом рафинирования является трехслойный электролиз.

Алюминий применяется в изготовлении взрывчатых веществ (алюмотол, аммонал). Широко используются разнообразные соединения алюминия. Производство и потребление алюминия постоянно растет, сильно опережая по темпам роста производство меди, стали, цинка, свинца.