สำหรับครั้งแรก โลหะอลูมิเนียมได้รับทางเคมีโดยนักเคมีชาวเยอรมัน F. Wöhler ในปี ค.ศ. 1821 (ลดการใช้อะลูมิเนียมคลอไรด์กับโพแทสเซียมของโลหะเมื่อถูกความร้อน) ในปี ค.ศ. 1854 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Saint-Clair Deville ได้เสนอวิธีทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมโดยการลดอะลูมิเนียม-โซเดียม ดับเบิ้ลคลอไรด์ด้วยโซเดียม
การผลิตและการผลิตอลูมิเนียม
อลูมิเนียมเมทัลลิกได้มาจากสามขั้นตอน:
- การรับอลูมินา (Al 2 O 3) จากแร่อะลูมิเนียม
- รับอลูมิเนียมจากอลูมินา
- การกลั่นอลูมิเนียม
รับอลูมินา
ประมาณ 95% ของอลูมินาทั้งหมดได้มาจากแร่บอกไซต์
อะลูมิเนียม(แร่อะลูมิเนียมฝรั่งเศส) (ตามชื่อพื้นที่ Baux ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส) - แร่อะลูมิเนียมประกอบด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ออกไซด์ของเหล็กและซิลิกอน วัตถุดิบสำหรับการผลิตอลูมินาและวัสดุทนไฟที่มีส่วนผสมของอลูมินา เนื้อหาของอลูมินาในแร่บอกไซต์เชิงพาณิชย์มีตั้งแต่ 40% ถึง 60% และอีกมากมาย นอกจากนี้ยังใช้เป็นฟลักซ์ในโลหะผสมเหล็ก
ภาพที่ 1 - แร่อะลูมิเนียม
โดยทั่วไป บอกไซต์เป็นก้อนดิน คล้ายดินเหนียว ซึ่งอาจมีลักษณะเป็นแถบ พิโซไลต์ (คล้ายถั่ว) หรือเนื้อที่สม่ำเสมอ ภายใต้สภาวะอากาศปกติ เฟลด์สปาร์ (แร่ธาตุที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ เปลือกโลกและเนื่องจากเป็นอะลูมิโนซิลิเกต) สลายตัวด้วยการก่อตัวของดินเหนียว แต่ในสภาพอากาศร้อนและมีความชื้นสูง บอกไซต์อาจกลายเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการสลายตัว เนื่องจากสภาพแวดล้อมดังกล่าวสนับสนุนการกำจัดด่างและซิลิกา โดยเฉพาะจากไซเอนหรือแกบโบร อะลูมิเนียมถูกแปรรูปเป็นอะลูมิเนียมเป็นขั้นตอน: ขั้นแรก ได้อะลูมิเนียมออกไซด์ (อลูมินา) และจากนั้น อะลูมิเนียมโลหะ ( อิเล็กโทรไลต์ต่อหน้าไครโอไลต์)
สิ่งเจือปนหลักในแร่บอกไซต์คือ Fe 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 สิ่งเจือปนเล็กน้อยของอะลูมิเนียม ได้แก่ Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, ธาตุหายาก, Cr, P, V, F, สารอินทรีย์
โดยปกติบอกไซต์จะถูกจัดประเภท:
- ตามสี
- โดยแร่ธาตุหลัก (มักผสมกัน);
- ตามอายุ
เกณฑ์หลัก คุณสมบัติของแร่อะลูมิเนียมคือ:
- โมดูลซิลิคอน (Msi = Al 2 O 3 /SiO 2 (% wt.)) โมดูลซิลิกอนที่ใหญ่ขึ้น the คุณภาพที่ดีกว่า(MSI = 7);
- ปริมาณธาตุเหล็กในแง่ของ Fe 2 O 3 หากเนื้อหาของ Fe 2 O 3 อยู่ที่ประมาณ 18 % โดยน้ำหนัก อะลูมิเนียมก็ถือเป็นธาตุเหล็กสูง ยิ่งมีธาตุเหล็กมากเท่าไร การขุดแร่บอกไซต์ก็ยิ่งยากขึ้นเท่านั้น
- ปริมาณกำมะถัน การปรากฏตัวของกำมะถันจำนวนมากทำให้การประมวลผลของบอกไซต์ซับซ้อน
- ปริมาณคาร์บอเนตในแง่ของ CO 3 (2-) . การปรากฏตัวของคาร์บอเนตจำนวนมากทำให้การประมวลผลของบอกไซต์ซับซ้อน
ใช้อะลูมิเนียม:
- ในการผลิตอลูมินา
- ในการผลิตวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
- ในการผลิตวัสดุทนไฟ
- เป็นฟลักซ์สำหรับการถลุงเหล็กแบบเปิด
- สำหรับการอบแห้งก๊าซและน้ำมันทำความสะอาดจากกำมะถัน
- เป็นสีย้อม
จนถึงปัจจุบันซัพพลายเออร์หลักของอะลูมิเนียมคือ:
- ออสเตรเลีย - ยังมี Fe, Au, U, Ni, Co, Cu และอื่นๆ อีกมาก การซื้อวัตถุดิบจากออสเตรเลียมีกำไรมากกว่าการซื้อวัตถุดิบเอง
- กินี - รัสเซียซื้อที่นั่งหลายที่นั่ง
- อเมริกากลาง: กายอานา จาเมกา ซูริมาน
- บราซิล.
ในยุโรป เงินฝากทั้งหมดจะหมดลง บอกไซต์มาจากกรีซ แต่วัตถุดิบนี้มีคุณภาพต่ำ
รูปที่ 2 - ปริมาณสำรองของอะลูมิเนียมในโลก
ด้านล่างเป็นแหล่งแร่อะลูมิเนียมหลักในรัสเซีย
- เงินฝากครั้งแรกถูกค้นพบในปี 1914 ใกล้เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ใกล้เมือง Tikhvin พื้นที่นี้สร้างโรงงาน 6 แห่ง ที่ใหญ่ที่สุดคือโรงงานอลูมิเนียม Volkhov จนถึงปัจจุบัน เขตข้อมูล Tikhvinskoye หมดลงแล้วและดำเนินการกับวัตถุดิบที่นำเข้าเป็นหลัก
- ในปี 1931 มีการค้นพบแหล่งแร่บอกไซต์คุณภาพสูง (SUBR) ของ Severo-Uralskoye เป็นพื้นฐานสำหรับการก่อสร้างโรงงานอะลูมิเนียม Ural (UAZ) ในปี 1939 และบนพื้นฐานของเหมืองบอกไซต์เซาท์อูราล (YUBR) โรงถลุงอะลูมิเนียม Bogoslovsky (BAZ) ก็ถูกสร้างขึ้น
- สนาม Severoonezhskoye ตั้งอยู่บนถนนสู่คาบสมุทร Kola อยู่ในแผน แต่ไม่ทราบวันที่สร้าง
- เงินฝาก Vislovskoe เป็นดินเหนียวบริสุทธิ์ประเภท kaolite ไม่ใช้สำหรับอลูมินา
- เขต Timanskoye (สาธารณรัฐ Komi, Varkuta) ชาวแคนาดามีความสนใจในสาขานี้ ดังนั้นพวกเขากำลังวางแผนที่จะสร้างโรงงาน (Komi Sual เป็นบริษัทโฮลดิ้ง)
การรับอลูมินาจากแร่บอกไซต์
เนื่องจากอะลูมิเนียมมีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก จึงผลิตอลูมินาได้สามวิธี:
- อัลคาไลน์,
- กรด;
- อิเล็กโทรไลต์
วิธีที่แพร่หลายที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K.I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนที่ผ่านมาและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาจำนวนเล็กน้อย (มากถึง 5–6%)) ตั้งแต่นั้นมา การใช้งานทางเทคนิคมันได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 - โครงการรับอลูมินาโดยวิธีไบเออร์
สาระสำคัญของวิธีการนี้คือ สารละลายอะลูมิเนียมจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อใส่อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้าไป และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169–170 °C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในอะลูมิเนียมได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:
1. การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีจะมาพร้อมกับบอกไซต์ ด่างกัดกร่อน และไม่ใช่ จำนวนมากของมะนาวซึ่งปรับปรุงการจัดสรร Al 2 O 3 ; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง
2. การชะล้างอะลูมิเนียม (in ครั้งล่าสุดบล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่บางส่วนด้วยหม้อนึ่งความดันแบบท่อซึ่งการชะล้างเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230–250 ° C (500–520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ สารละลายน้ำด่าง; อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้ไปเป็นสารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:
AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O
อัล(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;
SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H2O;
ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตเป็นโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อละลายเสร็จแล้ว โซเดียมอะลูมิเนตที่ได้จะถูกเจือจางด้วยสารละลายด่างในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100 ° C
3. การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนแดง มักล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ เช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของอะลูมิเนียม โคลนสีแดง 0.6 - 1.0 ตัน (สารตกค้างแห้ง) ตกลงบนอลูมินาที่ผลิตได้ 1 ตัน ขึ้นอยู่กับเกรดของอะลูมิเนียม
4. การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อทำให้เย็นลงจนถึง 60 °C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆ และไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงมี สำคัญมากในระหว่างการประมวลผลต่อไปจะมีการเติมไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ด:
นา 2 O อัล 2 O 3 + 4H2O→Al(OH) 3 + 2NaOH;
5. การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ โดยตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 3 50 - 60% แยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา กรองก็กลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - เพื่อชะล้างบอกไซต์ใหม่);
6. การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150 - 1300 ° C; อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:
Al(OH) 3 → AlOOH → γ-Al 2 O 3 → α-Al 2 O 3
200 °C - 950 °C - 1200 °C.
อลูมินาที่ผ่านการเผาขั้นสุดท้ายมี 30 - 50% α-Al2O3 (คอรันดัม) ส่วนที่เหลือคือ γ-Al 2 O 2 .
วิธีนี้สกัดได้ 85 - 87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิต ส่งผลให้อลูมินามีความแข็งแรง สารประกอบเคมีด้วยจุดหลอมเหลว 2050 ° C
การได้มาซึ่งอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้า
การลดอิเล็กโทรไลต์ของอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์จะดำเนินการที่อุณหภูมิ 950–970 °C ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลเซอร์ประกอบด้วยอ่างที่บุด้วยบล็อกคาร์บอน ที่ด้านล่างของซึ่ง ไฟฟ้า. อะลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดนั้นหนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหินจากตำแหน่งที่สูบออกมาเป็นระยะ (รูปที่ 4) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:
- แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25 - 35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);
- ยิงหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดที่ทำจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)
รูปที่ 4 - แผนผังของอิเล็กโทรไลเซอร์
ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรม กล่าวคือ ได้ระบบ (อนุกรม) มา - อิเล็กโทรไลเซอร์แถวยาว
แรงดันใช้งานบนอ่างซึ่งอยู่ที่ 4 - 5 V นั้นสูงกว่าแรงดันไฟที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในกระบวนการนี้ย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่วนต่างๆระบบต่างๆ ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานเมื่อได้รับอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในภาพที่ 5
ภาพที่ 5 - ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอลูมิเนียม 1 ตัน
ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl 3 ละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด
ข้อดีของวิธีนี้เหนืออิเล็กโทรไลซิสที่มีอยู่ของของเหลว cryolite-alumina ละลาย (Al 2 O 3 , Na 3 AlF 6 ที่ละลายใน cryolite) คือ: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al 2 O 3 ที่มีปริมาณซิลิกอนสูง) แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า การกำจัดอันตรายจากการปล่อยฟลูออไรด์
รับอลูมิเนียมขัดเงา
สำหรับอะลูมิเนียม การกลั่นด้วยไฟฟ้าด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเพื่อวัตถุประสงค์บางอย่าง ระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ (Al 99.5 - Al 99.8) ที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลวนั้นไม่เพียงพอ จึงได้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมหรือเศษโลหะจากการกลั่นมากยิ่งขึ้นไปอีก อลูมิเนียมบริสุทธิ์(อัล 99.99R). วิธีการกลั่นที่มีชื่อเสียงที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น
การกลั่นด้วยอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น
ซับในด้วยแผ่นเหล็กที่ทำงานด้วยกระแสตรง (รูปที่ 6) อ่างกลั่นประกอบด้วยเตาถ่านที่มีตัวนำกระแสไฟและซับในแมกนีไซต์ที่ป้องกันความร้อน ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว ขั้วบวกที่นี่คือ ตามกฎแล้ว โลหะกลั่นที่หลอมเหลว (ชั้นแอโนดที่ต่ำกว่า) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยฟลูออไรด์บริสุทธิ์หรือส่วนผสมของแบเรียมคลอไรด์และอะลูมิเนียมและโซเดียมฟลูออไรด์ (ชั้นกลาง) อะลูมิเนียมที่ละลายจากชั้นแอโนดในอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาเหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นแคโทดด้านบน) โลหะบริสุทธิ์ทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังชั้นแคโทดโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์
รูปที่ 6 - ไดอะแกรมของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่มีเตาด้านหน้าสำหรับการกลั่นอลูมิเนียม (ตาม Fulda - Ginzberg)
1 - อลูมิเนียมละลาย; 2 – อิเล็กโทรไลต์; 3 - อลูมิเนียมกลั่นความถี่สูง 4 – แคโทดกราไฟท์; 5 - ผนังแมกนีไซต์; 6 - แตรหน้า; 7 - ชั้นฉนวน; 8 - ฉนวนด้านข้าง; 9 - เตาถ่าน; 10 – ตัวนำแอโนด; 11 - การแยกเตาไฟ; 12 - กล่องเหล็ก; 13 - ปก
อ่างทำงานที่อุณหภูมิ 750 - 800 ° C กินไฟ 20 kWh ต่ออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1 กก. นั่นคือค่อนข้างสูงกว่าอิเล็กโทรไลซิสแบบอะลูมิเนียมทั่วไป
โลหะแอโนดประกอบด้วย 25-35% Cu; 7 – 12% สังกะสี; 6 – 9% ศรี; มากถึง 5% Fe และแมงกานีส นิกเกิล ตะกั่ว และดีบุกเล็กน้อย ส่วนที่เหลือ (40 - 55%) เป็นอะลูมิเนียม โลหะหนักและซิลิกอนทั้งหมดยังคงอยู่ในชั้นแอโนดระหว่างการกลั่น การปรากฏตัวของแมกนีเซียมในอิเล็กโทรไลต์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์หรือทำให้เกิดตะกรันที่รุนแรง ในการกำจัดแมกนีเซียม ตะกรันที่มีแมกนีเซียมจะได้รับการบำบัดด้วยฟลักซ์หรือคลอรีนที่เป็นก๊าซ
ผลจากการกลั่นจะได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (99.99%) และผลิตภัณฑ์จากการคัดแยก (ผลิตภัณฑ์ Ziger) ซึ่งประกอบด้วยโลหะหนักและซิลิกอน และถูกแยกออกมาในรูปของสารละลายอัลคาไลน์และกากผลึก สารละลายอัลคาไลน์เป็นของเสีย และกากที่เป็นของแข็งจะถูกใช้เพื่อขจัดความเป็นกรด
อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มักจะมีองค์ประกอบดังนี้ %: Fe 0.0005 - 0.002; ศรี 0.002 - 0.005; ลูกบาศ์ก 0.0005 - 0.002; สังกะสี 0.0005 - 0.002; ร่องรอยมิลลิกรัม; อัลพักผ่อน
อลูมิเนียมกลั่นถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในองค์ประกอบที่ระบุหรือผสมกับแมกนีเซียม (ตารางที่ 1)
ตารางที่ 1 - องค์ประกอบทางเคมีของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์สูงและอะลูมิเนียมขั้นต้นตาม DIN 1712 แผ่น 1
|
สิ่งเจือปนที่อนุญาต*, % |
||||||||
|
รวมทั้ง |
||||||||
* เท่าที่เป็นไปได้ที่จะกำหนด วิธีการทั่วไปการวิจัย.
** อะลูมิเนียมบริสุทธิ์สำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า (ตัวนำอะลูมิเนียม) มีจำหน่ายในรูปของอะลูมิเนียมปฐมภูมิ 99.5 ที่มีปริมาณไม่เกิน 0.03% (Ti + Cr + V + Mn) กำหนดในกรณีนี้เป็น E-A1 หมายเลขวัสดุ 3.0256 มิฉะนั้นจะเป็นไปตาม VDE-0202
การกลั่นด้วยสารประกอบเชิงซ้อนออร์กาโนอะลูมิเนียมและการหลอมโซน
อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด A1 99.99 R ได้จากการกลั่นอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์หรืออะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์โดยใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมที่ซับซ้อนของอะลูมิเนียมเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง และหลักการคล้ายกันกับการแยกอิเล็กโทรไลซิสของทองแดง ธรรมชาติของอิเล็กโทรไลต์กำหนดความจำเป็นในการทำงานโดยไม่มีอากาศและที่ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำ
อิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นประเภทนี้ ซึ่งใช้ในตอนแรกเฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ได้ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กแล้ว - ผลิตโลหะหลายตันต่อปี ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่ได้คือ 99.999 -99.9999% ขอบเขตการใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับโลหะที่มีความบริสุทธิ์นี้คือวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการแช่แข็ง
สามารถใช้วิธีการกลั่นที่พิจารณาแล้วในการชุบด้วยไฟฟ้า
มากไปกว่านั้น ความบริสุทธิ์สูง- ในนามสูงถึง A1 99.99999 - สามารถรับได้จากการหลอมโซนภายหลังของโลหะ เมื่อแปรรูปอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงให้เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป แผ่นหรือลวด จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโลหะ คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะกลั่นคือการนำไฟฟ้าสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิในการแช่แข็ง
อลูมิเนียมได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาที่ละลายในอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวซึ่งมีส่วนประกอบหลักคือไครโอไลต์. ในไครโอไลต์บริสุทธิ์ Na 3 AlF 6 (3NaF AlF 3) อัตราส่วน NaF: AlF 3 คือ 3 เพื่อประหยัดพลังงานไฟฟ้า จำเป็นต้องมีอัตราส่วนนี้ในช่วง 2.6-2.8 ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ดังนั้นอะลูมิเนียมฟลูออไรด์ AlF 3 คือ เพิ่มไปยังไครโอไลต์
นอกจากนี้ CaF 2 เล็กน้อย , MgF 2 และบางครั้ง NaCl จะถูกเติมลงในอิเล็กโทรไลต์เพื่อลดจุดหลอมเหลว เนื้อหาของส่วนประกอบหลักในอิเล็กโทรไลต์ทางอุตสาหกรรมอยู่ภายในขีดจำกัดต่อไปนี้ %: Na 3 AlF 6 75-90; อัลเอฟ 3 5-12; มก. 2 2-5; CaF 2 2-4; อัล 2 O 3 2-10 ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ Al 2 ประมาณ 3 มากกว่า 10% การหลอมเหลวของอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยมีเนื้อหาน้อยกว่า 1.3% โหมดปกติของอิเล็กโทรไลซิสจะถูกรบกวน
อ่างอิเล็กโทรไลซิสหรือเซลล์ซึ่งดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสเพื่อให้ได้อะลูมิเนียม มีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าในแผนผัง แผนภาพของส่วนตัดขวางของอ่างอาบน้ำแสดงในรูปที่ 1. ปลอก 1 ทำจากแผ่นเหล็กครอบคลุมผนังของอ่างอาบน้ำและสำหรับอ่างขนาดใหญ่จะทำด้วยก้น ข้างในมีชั้นของไฟร์เคลย์ 2 จากนั้นผนังก็ปูด้วยแผ่นถ่านหิน 4 และด้านล่างประกอบขึ้นด้วยถ่านเตาถ่าน 3 อ่างที่มีความลึก 0.5-0.6 ม. เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์และชั้นของอลูมิเนียมเหลวที่อยู่ข้างใต้
แอโนดคาร์บอน 6 (บางครั้งมีหลายอัน) ถูกแขวนไว้บนแท่งเหล็ก 8 เพื่อให้ปลายล่างจุ่มอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ กระแสจะถูกส่งไปยังแอโนดผ่านแท่ง 8 จากยาง 7
พลังของอิเล็กโทรไลเซอร์ (อ่างอาบน้ำ) ซึ่งกำหนดโดยความแรงของกระแสที่จ่ายไปนั้นแตกต่างกันไปจาก 30 kA สำหรับอ่างพลังงานต่ำถึง 250 kA สำหรับอ่างอาบน้ำ พลังสูง. เนื่องจากความหนาแน่นจำเพาะที่อนุญาตของกระแสที่ไหลผ่านแอโนดคือ 0.65-1.0 A/cm 2 ด้วยการเพิ่มพลังของอ่าง พื้นที่แอโนดจะเพิ่มขึ้น ขนาดหน้าตัดของแอโนดของอ่างทรงพลังถึง 2.8x9 ม. ขนาดของอ่างอาบน้ำ (ด้านใน) - 3.8x10 ม.
อ่างอาบน้ำที่มีอยู่แตกต่างกันในด้านพลังงานและการออกแบบขั้วบวก: ห้องอาบน้ำที่มีแอโนดแบบอบเองหนึ่งตัวและแหล่งจ่ายกระแสไฟบนสุด โดยมีแอโนดเดียวกันและแหล่งจ่ายกระแสไฟด้านข้าง และอ่างที่มีแอโนดที่ทำจากบล็อกอบ อ่างที่มีขั้วบวกแบบอบเองและแหล่งจ่ายกระแสไฟสูงสุดแสดงในรูปที่ 2, ก. ขั้วบวกของส่วนสี่เหลี่ยมกำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง
ตัวเรือนทำจากเหล็กแผ่น อัดก้อนจากมวลอิเล็กโทรดคาร์บอน (โค้กปิโตรเลียมที่มีน้ำมันดินจากถ่านหิน) เข้าไปในตัวเรือนจากด้านบน ที่ด้านบนสุด มวลจะละลาย และในส่วนล่างของเคสซึ่งมีอุณหภูมิสูง มันจะเผาผนึก โค้ก และกลายเป็นก้อนแข็ง หมุดเหล็ก 7 ที่จุ่มลงในมวลอิเล็กโทรดที่ระดับความลึกต่างกันจะถูกอบเข้าไป ซึ่งอยู่ในแถวสองถึงสี่แถวตามแนวอ่าง
แท่งเหล่านี้ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟไปยังแอโนดและยึดไว้เหนืออ่าง ปลอกแอโนดจะติดแยกไว้เหนืออ่าง ในระหว่างการเผาไหม้ของขั้วบวก หมุดที่อยู่ลึกที่สุดจะถูกดึงออกจากมวลที่ชุบแข็งสลับกันและตรึงให้แน่นมากขึ้น ระดับสูงหลังจากนั้นไม่นานพวกมันจะถูกเผาด้วยมวลที่แข็งตัว
เมื่อส่วนล่างของแอโนดไหม้ แอโนดจะถูกลดระดับลงโดยใช้กลไกพิเศษ ขณะที่แอโนดเลื่อนลงภายในปลอก กระดิ่งเก็บก๊าซติดอยู่ที่ส่วนล่างของปลอกขั้วบวก ออกแบบมาเพื่อดักจับก๊าซที่ปล่อยออกมารอบขั้วบวก
อ่างอิเล็กโทรไลซิสที่มีแอโนดที่อบไว้ล่วงหน้า (รูปที่ 2, b) มีแอสเซมบลีแอโนดที่ประกอบด้วยบล็อกคาร์บอนหรือกราไฟต์จำนวนมาก (มากถึง 20 ตัวขึ้นไป) จัดเรียงเป็นสองแถว แต่ละบล็อกมีสี่หัวนมเหล็ก 9 เชื่อมต่อกับแกน 11; อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟและระงับบล็อก บล็อกที่ถูกเผาจะถูกแทนที่ด้วยอันใหม่ เหนืออ่างอาบน้ำมีถังเก็บก๊าซ
การใช้แอโนดแบบอบทำให้สามารถเพิ่มความจุของอ่างอาบ และลดการปล่อยสารก่อมะเร็งที่เป็นอันตรายซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการโค้กของสนามอิเล็กโทรดแบบอบเองได้อย่างมาก
อ่างอิเล็กโทรไลซิสถูกวางในเวิร์กช็อปเป็นแถวโดยมีอ่างหลายสิบอ่างติดต่อกัน. อิเล็กโทรลิซิสดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 4-4.3 V และดังที่ระบุไว้ ที่ความหนาแน่นกระแสเฉพาะที่ไหลผ่านแอโนดเท่ากับ 0.65-1.0 A/cm 2 . ความหนาของชั้นอิเล็กโทรไลต์ในอ่างคือ 150-250 มม. อุณหภูมิของอ่างจะคงอยู่ในช่วง 950-970 ° C เนื่องจากความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการกระแทกอย่างต่อเนื่องผ่านอิเล็กโทรไลต์. อุณหภูมิดังกล่าวเกิดขึ้นภายใต้ขั้วบวกและเปลือกของอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งตัวจะเกิดขึ้นที่ขอบของอากาศและชั้นอิเล็กโทรไลต์ 10 (กะโหลกศีรษะ) ที่แข็งตัวจะก่อตัวขึ้นใกล้กับผนังของอ่าง
อุณหภูมิอาบน้ำที่ต้องการ เช่น ปริมาณน้ำฝนในชั้นอิเล็กโทรไลต์ จำนวนเงินที่ต้องการให้ความร้อนที่ความต้านทานไฟฟ้าบางอย่างของชั้นอิเล็กโทรไลต์ ความต้านทานไฟฟ้าดังกล่าวทำได้โดยการรักษาองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์และความหนาของชั้นนำไฟฟ้าภายในขอบเขตที่กำหนด กล่าวคือ ระยะห่างระหว่างขั้วบวกและชั้นของอลูมิเนียมเหลวภายใน 40-60 มม. (เพิ่มขึ้นเช่นระยะนี้เช่นความต้านทานไฟฟ้าของชั้นอิเล็กโทรไลต์ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นในระหว่างการไหลของกระแสและ, ดังนั้นความร้อนสูงเกินไปของอิเล็กโทรไลต์)
เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแคโทดและแอโนด ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์เหลวจะเกิดการแตกตัวด้วยไฟฟ้า และการหลอมจะประกอบด้วยไพเพอร์และแอนไอออนจำนวนมาก องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ถูกเลือกเพื่อให้ตามค่าของศักย์ไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดมีเพียง Al 3+ cations และ O 2- anions ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของ Al 2 O 3 ในอิเล็กโทรไลต์ ,สามารถปลดออกได้ ดังนั้น กระบวนการไฟฟ้าเคมีบนอิเล็กโทรดจึงอธิบายโดยสมการต่อไปนี้:
- ที่แคโทด 2Al 3+ + 6e -> 2Al
- ที่ขั้วบวก 3O 2- - 6e -> 3O
อลูมิเนียมที่ปล่อยออกมาที่แคโทดจะสะสมที่ด้านล่างของอ่างใต้ชั้นอิเล็กโทรไลต์ ออกซิเจนที่ปล่อยออกมาที่แอโนดทำปฏิกิริยากับคาร์บอนของแอโนดเพื่อสร้างก๊าซ CO และ CO 2 กล่าวคือ ในกรณีนี้ ด้านล่างของแอโนดจะถูกออกซิไดซ์ ดังนั้น แอโนดจึงถูกลดระดับลงเป็นระยะ ก๊าซ CO และ CO 2 ออกจากใต้ขั้วบวกตามพื้นผิวด้านข้าง พวกมันประกอบด้วยสารประกอบฟลูออไรด์ที่เป็นพิษที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์และฝุ่นอลูมินา ก๊าซเหล่านี้ถูกจับและทำความสะอาดจากฝุ่นและสารประกอบฟลูออรีน
ระหว่างขั้นตอนการอาบน้ำ โหลดอลูมินาเป็นระยะ ควบคุมองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์โดยการแนะนำสารเติมแต่ง การใช้ตัวควบคุมรักษาระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างขั้วบวกและอะลูมิเนียมเหลว (ภายใน 40-50 มม.). อลูมินาบรรจุลงในอ่างจากด้านบน ทะลุผ่านเปลือกของอิเล็กโทรไลต์เผาเพื่อจุดประสงค์นี้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ไปตามอ่าง
อลูมิเนียมเหลวจะถูกลบออกจากอ่างอาบน้ำวันละครั้งหรือหลังจาก 2-3 วันโดยใช้ถังสูญญากาศ ถังสูญญากาศ (รูปที่ 3) บรรจุอลูมิเนียม 1.5-5 ตัน
ภาชนะที่ปูด้วย fireclay ซึ่งสร้างสุญญากาศประมาณ 70 kPa ท่อไอดีที่เชื่อมต่อกับซ็อกเก็ต 6 ของทัพพีถูกจุ่มจากด้านบนลงในชั้นของอะลูมิเนียมเหลวในอ่างน้ำ และเนื่องจากความหยาบ อลูมิเนียมจึงถูกดูดเข้าไปในทัพพี
ก๊าซแอโนดที่ถูกปลดปล่อยออกมาก่อนจะถูกส่งไปยังหัวเผา โดยที่ CO และน้ำมันดินมีค่าสูงจะถูกเผา และจากนั้นไปยังการทำความสะอาดก๊าซ ซึ่งดักจับฝุ่นและสารประกอบฟลูออไรด์
ประสิทธิภาพของอ่างอิเล็กโทรไลซิสที่ทันสมัยคืออลูมิเนียม 500-1200 กิโลกรัมต่อวัน. เพื่อให้ได้อลูมิเนียม 1 ตันใช้:
- ~ 1.95 ตันของอลูมินา
- ~ 25 กก. ของไครโอไลต์
- อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ 25 กก.
- 0.5-0.6 ตันของมวลขั้วบวก
- ไฟฟ้า 14-16 เมกะวัตต์ชั่วโมง
เมื่อเร็ว ๆ นี้ (มากกว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา) อลูมิเนียมถือเป็นหนึ่งในโลหะที่แพงที่สุด และนี่เป็นเพราะวัตถุดิบสำรองไม่ใช่น้อย แต่เกิดจากกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนของโลหะนี้ ทุกวันนี้ อลูมิเนียมได้กลายเป็นหนึ่งในโลหะที่ถูกที่สุด ต้องขอบคุณทั้งวัตถุดิบสำรองจำนวนมากและการผลิตที่ได้รับการปรับปรุง เป็นผู้นำในการผลิตโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรมทั้งในรูปแบบบริสุทธิ์และในรูปของโลหะผสม อลูมิเนียมได้มาอย่างไรในวันนี้? ลองคิดออก
อลูมิเนียมทำมาจากอะไร?
อลูมิเนียมแบ่งออกเป็นวัสดุหลักและรองขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่ใช้เพื่อให้ได้โลหะนี้
สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมขั้นต้นนั้นจะใช้แร่ที่มีอะลูมิเนียมออกไซด์ ได้แก่ บอกไซต์ เนฟีลีน อะลูไนต์
บอกไซต์เป็นแร่ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในอะลูมิเนียมออกไซด์ โดยมีอะลูมิเนียมออกไซด์มากกว่า 50% ออกไซด์มากถึง 30% ประกอบด้วยเนฟีลีน และเนื้อหาที่เล็กที่สุด (มากถึง 20%) อยู่ในกลุ่ม alutes
อะลูมิเนียมรองเช่นกัน โลหะผสมอลูมิเนียมได้จากการแปรรูปเศษอลูมิเนียมและเศษเหล็ก สำหรับการผลิตนั้น เศษอลูมิเนียม ฟอยล์และลวด เศษโลหะแผ่นและท่อจะถูกหลอมลง
อะลูมิเนียมขั้นต้นถูกผลิตขึ้นอย่างไร?
อะลูมิเนียมขั้นต้นได้มาจากวิธีการที่เรียกว่า "อิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาละลายในไครโอไลต์" การผลิตแร่อะลูมิเนียมเป็นแบบหลายขั้นตอน กระบวนการทางเทคโนโลยีซึ่งรวมถึงการจัดหาวัตถุดิบขั้นกลาง: อลูมินา - เกลือไครโอไลต์และฟลูออไรด์ - ผลิตภัณฑ์ถ่านหิน - อะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์
ลิงค์หลักของห่วงโซ่เทคโนโลยีนี้คืออลูมินาและ อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์. อุปกรณ์การผลิตหลักคืออิเล็กโทรไลเซอร์หรืออ่างอะลูมิเนียม ความหนาแน่นของอลูมิเนียมสูงกว่าความหนาแน่นของไครโอไลต์ ดังนั้นในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจะถูกแยกออกจากไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมละลาย เมื่อแยกจากกันโลหะจะตกลงไปที่ด้านล่างของอ่างจากที่เก็บรวบรวมโดยทัพพีสูญญากาศ จากนั้นโลหะที่เก็บรวบรวมจะถูกทำความสะอาดด้วยคลอรีนและหลอมโลหะออกจากมัน
อลูมิเนียมทำจากเศษเหล็กอย่างไร?
อลูมิเนียมรองผลิตโดยการถลุง ในการทำเช่นนี้ ขยะจะถูกรวบรวมและคัดแยก จากนั้นจึงทำความสะอาดด้วยการแปรรูปแบบเย็น ในกระบวนการแปรรูป สิ่งเจือปนทั้งหมด (โลหะและอโลหะ) จะถูกลบออกจากของเสีย จากนั้นเศษเหล็กจะถูกหลอมในเชื้อเพลิงหรือเตาหลอมไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปถูกเทลงในแท่งหล่อพิเศษ
เนื่องจากการผลิตโลหะนี้ต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก โรงถลุงอะลูมิเนียมจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งให้กระแสไฟฟ้าที่ถูกที่สุด ด้วยเหตุผลเดียวกัน ผู้ประกอบการที่ผลิตอลูมินาจึงตั้งอยู่ใกล้แหล่งแร่อะลูมิเนียม
คุณจะพบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้และหัวข้ออื่นที่คล้ายคลึงกันในบทความในส่วนของเรา
การได้มาซึ่งอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้า
อิเล็กโทรไลซิสของอลูมินาดำเนินการในไครโอไลต์เหลวในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 แผนผังของเซลล์อิเล็กโทรไลต์สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม
อิเล็กโทรไลเซอร์มีอุปกรณ์แคโทดและแอโนด อุปกรณ์แคโทด - 1 เป็นอ่างในตัวเรือนเหล็กซึ่งมีความลึก 400-600 มม. จากด้านในพร้อมก้อนถ่านหิน แท่งทองแดงเชื่อมต่อกับก้นถ่านหินของอ่างโดยใช้หมุดเหล็กเพื่อระบายกระแสไฟฟ้า ระหว่างการทำงานของอิเล็กโทรไลเซอร์ อลูมิเนียมเหลวจะถูกรวบรวมไว้ที่ด้านล่างของอ่างซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดและอิเล็กโทรไลต์จะอยู่ใต้อ่าง สำหรับการทำงานปกติของเซลล์ระดับโลหะเหนือเตาต้องมีอย่างน้อย 25-30 ซม. และอิเล็กโทรไลต์ระดับ 17-20 ซม. อุปกรณ์ขั้วบวก - 2 ประกอบด้วยขั้วบวกที่ติดตั้งในแนวตั้งซึ่งส่วนล่างจะแช่อยู่ ในอิเล็กโทรไลต์ กระแสไฟฟ้าคงที่ถูกส่งไปยังแอโนดซึ่งใช้ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสและยังคงรักษาอุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ที่ 950 ... 970 0 C เนื่องจากความร้อนจูลที่พัฒนาขึ้นโดยกระแสในชั้นอิเล็กโทรไลต์ระหว่างแอโนดและแคโทด . อิเล็กโทรไลเซอร์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีแอโนดต่อเนื่องที่อบเองได้เพียงตัวเดียว ร่างกายที่ขั้วบวกที่ความสูงระดับหนึ่งถูกปิดไว้ในปลอกในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ทำจากแผ่นอลูมิเนียม ส่วนที่เป็นของแข็งของแอโนดขยายจากส่วนล่างของเคสซึ่งถูกลดระดับลงในอิเล็กโทรไลต์ และภายในปลอกจะมีมวลแอโนด (ถ่านหินและระยะพิทช์ 28-30% ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะ) เป็นอันดับแรกในสถานะของเหลว แล้วนำไปอบเองและชุบแข็ง กลไกการยก - 3 จะเคลื่อนแอโนดในขณะที่มันเผาไหม้ และมวลแอโนดดิบจะถูกโหลดจากด้านบนเป็นระยะ
หมุดเหล็กที่รองรับขั้วบวกจะเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อเคลื่อนลง กระแสไฟฟ้าตั้งแต่ 45,000 ถึง 155,000 A (สำหรับอ่างต่างๆ) จะถูกส่งไปยังขั้วบวกผ่านหมุด แรงดันใช้งานของอ่างทำงานปกติคือ 4.0-4.5 V.
อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยการหลอมเหลวของไครโอไลต์-อลูมินา ซึ่งประกอบด้วยอลูมินา 8...10% เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์จะมีการเติมสารประกอบฟลูออรีนของ Al, Na, Ca และ Mg และ Na chloride จุดหลอมเหลวต่ำสุดของอิเล็กโทรไลต์คือ 935 0 C ที่ 950 0 C ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์จะต่ำกว่าความหนาแน่นของอะลูมิเนียม
อิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว (1500-3000 กก.) จะถูกเทลงในอ่างเซลล์บนเกลือฟลูออไรด์และเกลือคลอไรด์ที่บรรจุไว้ก่อนหน้านี้ ในระหว่างการทำความเย็นจะเกิดเปลือกแข็งขึ้นบนพื้นผิวของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งชั้นของอลูมินาจะถูกโหลดเพื่อให้ความร้อนก่อน หลังจากสตาร์ทเครื่อง การทำงานปกติของอิเล็กโทรไลเซอร์จะถูกสร้างขึ้น ในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่ปรับแล้ว ไอออนบวกของ Na +, Al 3+, Ca 2+ Mg 2+ จะเคลื่อนไปที่แคโทด แต่จะปล่อยประจุบวกอะลูมิเนียมที่แคโทดเท่านั้น เนื่องจากเป็นประจุบวกมากที่สุด Anions Al F 6 3- , F - , Cl - และไอออนที่มีออกซิเจนจะเคลื่อนไปที่ขั้วบวก เมื่อไอออนที่มีออกซิเจนถูกปล่อยออก คาร์บอนของแอโนดจะถูกออกซิไดซ์
อลูมิเนียมที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจะถูกรวบรวมที่ด้านล่างของอ่างเซลล์ใต้ชั้นอิเล็กโทรไลต์จากตำแหน่งที่จะถูกถ่ายเป็นระยะโดยใช้ทัพพีสูญญากาศซึ่งสร้างสุญญากาศ 200-250 มม. ปรอท ศิลปะ. การเลือกอลูมิเนียมจากอ่างที่ผลิตใน 2-4 วัน พืชบางชนิดฝึกฝนการเลือกอลูมิเนียมทุกวัน
จากนั้นใส่ไครโอไลต์แบบผงสดลงในอ่างและแนะนำสารเติมแต่งเกลือ โหลดอลูมินาระหว่างการทำงานหลังจากการทำลายเปลือกโลกบนพื้นผิวของอิเล็กโทรไลต์ เพื่อให้ได้อลูมิเนียม 1 กก. จะใช้พลังงาน 16500-18500 kWh ไฟฟ้า.
อลูมิเนียมมีคุณสมบัติมากมายที่ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้มากที่สุดในโลก มีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติโดยครอบครองสถานที่แรกในหมู่โลหะ ดูเหมือนว่าจะไม่มีปัญหาใด ๆ กับการผลิต แต่กิจกรรมทางเคมีที่สูงของโลหะนำไปสู่ความจริงที่ว่าไม่สามารถพบได้ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่เป็นการยาก ใช้พลังงานสูง และมีราคาแพงในการผลิต
วัตถุดิบในการผลิต
อลูมิเนียมทำมาจากวัตถุดิบอะไร? การผลิตอลูมิเนียมจากแร่ธาตุทั้งหมดที่มีราคาแพงและไม่มีประโยชน์ มันถูกขุดจากแร่บอกไซต์ซึ่งมีมากถึง 50% และอยู่บนพื้นผิวโลกโดยตรงในมวลจำนวนมาก
สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างซับซ้อน องค์ประกอบทางเคมี. ประกอบด้วยอลูมินาในปริมาณ 30-70% ของมวลรวม, ซิลิกาซึ่งสามารถมากถึง 20%, เหล็กออกไซด์ในช่วง 2 ถึง 50%, ไททาเนียม (มากถึง 10%)
อลูมินา และนี่คืออะลูมิเนียมออกไซด์ ประกอบด้วยไฮดรอกไซด์ คอรันดัม และไคโอลิไนต์
เมื่อเร็วๆ นี้ อะลูมิเนียมออกไซด์ได้มาจากเนฟีลีน ซึ่งมีออกไซด์ของโซเดียม โพแทสเซียม ซิลิกอน และอะลูไนต์ด้วย
ในการผลิตอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 1 ตัน จำเป็นต้องใช้อลูมินาประมาณ 2 ตัน ซึ่งจะได้มาจากอะลูมิเนียมประมาณ 4.5 ตัน
เงินฝากอะลูมิเนียม
แร่อะลูมิเนียมสำรองในโลกมีจำกัด ทุกเรื่อง โลกมีเพียงเจ็ดอำเภอที่มีเงินฝากมากมาย ได้แก่ กินีในแอฟริกา บราซิล เวเนซุเอลา และซูรินาเมใน อเมริกาใต้จาไมก้าในทะเลแคริบเบียน ออสเตรเลีย อินเดีย จีน กรีซ และตุรกี ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนและรัสเซีย
ในประเทศที่มีแร่บอกไซต์อยู่เป็นจำนวนมาก การผลิตอะลูมิเนียมก็สามารถพัฒนาได้เช่นกัน รัสเซียขุดแร่อะลูมิเนียมในเทือกเขาอูราลในดินแดนอัลไตและครัสโนยาสค์ในเขตเลนินกราดเนฟีลีนบนคาบสมุทรโคลา
เงินฝากที่ร่ำรวยที่สุดเป็นของ บริษัท UC RUSAL ของรัสเซีย ตามมาด้วยยักษ์ใหญ่อย่าง Rio Tinto (อังกฤษ-ออสเตรเลีย) ซึ่งรวมเข้ากับ Canadian Alcan และ CVRD อันดับที่ 4 ได้แก่ Chalco จากประเทศจีน รองลงมาคือ Alcoa บริษัทสัญชาติอเมริกัน-ออสเตรเลีย ซึ่งเป็นผู้ผลิตอะลูมิเนียมรายใหญ่เช่นกัน
ที่มาของการผลิต
นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Oersted เป็นคนแรกที่แยกอะลูมิเนียมอิสระออกในปี 1825 ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นกับโพแทสเซียมอะมัลกัม แทนที่จะเป็นอย่างนั้น 2 ปีต่อมานักเคมีชาวเยอรมัน Wöhler ใช้โพแทสเซียมที่เป็นโลหะ
โพแทสเซียมเป็นวัสดุที่ค่อนข้างแพง ดังนั้น ในอุตสาหกรรมการผลิตอลูมิเนียม ชาวฝรั่งเศสแซงต์แคลร์เดอวิลล์ใช้โซเดียมแทนโพแทสเซียมในปี พ.ศ. 2397 ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ถูกกว่ามาก และดับเบิลคลอไรด์ที่ทนทานของอะลูมิเนียมและโซเดียม
นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N.N. Beketov สามารถแทนที่อลูมิเนียมจาก cryolite ที่หลอมละลายด้วยแมกนีเซียม ในช่วงปลายทศวรรษที่แปดสิบของศตวรรษเดียวกันนี้ ปฏิกิริยาเคมีชาวเยอรมันใช้ในโรงงานอะลูมิเนียมแห่งแรก ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 โลหะบริสุทธิ์ประมาณ 20 ตันได้มาจากวิธีการทางเคมี มันเป็นอลูมิเนียมที่มีราคาแพงมาก
การผลิตอลูมิเนียมโดยใช้อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2429 เมื่อผู้ก่อตั้งวิธีการนี้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรเกือบเหมือนกันเกือบทั้งหมด Hall นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันและชาวฝรั่งเศส Eru พวกเขาแนะนำให้ละลายอลูมินาในไครโอไลต์หลอมเหลวแล้วจึงผลิตอลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้า
นี่เป็นจุดเริ่มต้นของอุตสาหกรรมอะลูมิเนียม ซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาที่ใหญ่ที่สุดของโลหะวิทยามานานกว่าศตวรรษของประวัติศาสตร์
ขั้นตอนหลักของเทคโนโลยีการผลิต
ที่ ในแง่ทั่วไปเทคโนโลยีการผลิตอะลูมิเนียมไม่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่เริ่มก่อตั้ง
กระบวนการประกอบด้วยสามขั้นตอน ในแร่อะลูมิเนียมกลุ่มแรก ไม่ว่าจะเป็นบอกไซต์หรือเนฟีลีน ได้อลูมินา - อะลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3
จากนั้นออกไซด์จะถูกแยกออก อลูมิเนียมอุตสาหกรรมด้วยระดับการทำให้บริสุทธิ์ 99.5% ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์บางอย่าง 
ดังนั้นอลูมิเนียมจึงถูกขัดเกลาในขั้นตอนสุดท้าย การผลิตอะลูมิเนียมสิ้นสุดลงด้วยการทำให้บริสุทธิ์ได้ถึง 99.99%
รับอลูมินา
มีสามวิธีในการรับอะลูมิเนียมออกไซด์จากแร่:
กรด;
อิเล็กโทรไลต์;
อัลคาไลน์
วิธีสุดท้ายเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 18 เดียวกัน แต่ตั้งแต่นั้นมาก็มีการแก้ไขซ้ำแล้วซ้ำอีกและปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และใช้ในการประมวลผลอะลูมิเนียมคุณภาพสูง นี่คือวิธีการรับอลูมินาประมาณ 85%
สาระสำคัญของวิธีการอัลคาไลน์อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอลูมิเนียมสลายตัวในอัตราสูงเมื่อมีการนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้ามา สารละลายที่เหลืออยู่หลังจากปฏิกิริยาระเหยที่อุณหภูมิสูงประมาณ 170 ° C และถูกนำมาใช้อีกครั้งเพื่อละลายอลูมินา
ขั้นแรกให้บดอะลูมิเนียมและบดในโรงสีที่มีด่างกัดกร่อนและมะนาว จากนั้นในหม้อนึ่งความดันที่อุณหภูมิสูงถึง 250 ° C จะถูกย่อยสลายทางเคมีและเกิดโซเดียมอะลูมิเนตซึ่งเจือจางด้วยสารละลายอัลคาไลน์แล้วที่อุณหภูมิต่ำกว่า - เท่านั้น 100 ° C สารละลายอะลูมิเนตถูกล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษแยกจากตะกอน จากนั้นก็มีการสลายตัวของมัน สารละลายถูกสูบผ่านตัวกรองลงในภาชนะที่มีเครื่องกวนผสมเพื่อผสมองค์ประกอบอย่างต่อเนื่อง โดยเติมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งสำหรับการเพาะเมล็ด
ในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะถูกปล่อยออกมา ส่วนหนึ่งจะถูกส่งกลับเป็นวัสดุเมล็ด และส่วนหนึ่งจะถูกเผา กรองที่เหลืออยู่หลังจากแยกไฮดรอกไซด์ออกก็จะกลับไปหมุนเวียนเพื่อชะล้างบอกไซต์ชุดต่อไป 
กระบวนการเผา (การคายน้ำ) ของไฮดรอกไซด์ในเตาเผาแบบหมุนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงถึง 1300 องศาเซลเซียส
เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมออกไซด์ 2 ตัน จะต้องใช้ไฟฟ้า 8.4 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง
สารประกอบทางเคมีที่แข็งแกร่งซึ่งมีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ 2050 ° C นั้นยังไม่เป็นอะลูมิเนียม เดินหน้าผลิตอะลูมิเนียม
อิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมออกไซด์
อุปกรณ์หลักสำหรับอิเล็กโทรไลซิสคืออ่างพิเศษที่บุด้วยบล็อกคาร์บอน ไฟฟ้าจ่ายให้กับมัน แอโนดของคาร์บอนจะจุ่มลงในอ่าง ซึ่งจะเผาไหม้เมื่อออกซิเจนบริสุทธิ์ออกจากออกไซด์และก่อตัวเป็นคาร์บอนออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ อ่างอาบน้ำหรืออิเล็กโทรไลเซอร์ตามที่ผู้เชี่ยวชาญเรียกนั้นเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับวงจรไฟฟ้าเป็นชุด ความแรงของกระแสในกรณีนี้คือ 150,000 แอมแปร์
แอโนดสามารถเป็นสองประเภท: ยิงจากก้อนถ่านหินขนาดใหญ่ซึ่งมีมวลมากกว่าหนึ่งตันและการอบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนถ่านหินในเปลือกอลูมิเนียมซึ่งถูกเผาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสภายใต้อุณหภูมิสูง 
แรงดันไฟในอ่างโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 5 โวลต์ โดยคำนึงถึงทั้งแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการย่อยสลายออกไซด์และความสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในเครือข่ายที่กว้างขวาง
จากอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ละลายในตัวละลายที่มีส่วนผสมเป็นไครโอไลต์ ซึ่งหนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ มันจะเกาะติดกับฐานถ่านหินของอ่าง มันถูกสูบออกเป็นระยะ 
กระบวนการผลิตอลูมิเนียมต้องใช้ไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก ในการรับอะลูมิเนียมหนึ่งตันจากอลูมินา คุณจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงประมาณ 13.5 พันกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ดังนั้นเงื่อนไขอื่นสำหรับการสร้างศูนย์การผลิตขนาดใหญ่ก็คือโรงไฟฟ้าที่ทรงพลังในบริเวณใกล้เคียง
การกลั่นอลูมิเนียม
วิธีที่รู้จักกันดีที่สุดคืออิเล็กโทรไลซิสสามชั้น นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นในอ่างอิเล็กโทรลิซิสที่มีพื้นถ่านหินที่เรียงรายไปด้วยแมกนีไซต์ ขั้วบวกในกระบวนการคือโลหะหลอมเหลวซึ่งต้องผ่านการทำให้บริสุทธิ์ ตั้งอยู่ในชั้นล่างของเตาไฟที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ซึ่งละลายจากอิเล็กโทรไลต์ในชั้นแอโนดถูกดึงขึ้นมาและทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าจ่ายให้กับมันโดยใช้อิเล็กโทรดกราไฟท์
อิเล็กโทรไลต์ในชั้นกลางคืออะลูมิเนียมฟลูออไรด์ทั้งแบบบริสุทธิ์หรือด้วยการเติมโซเดียมและแบเรียมคลอไรด์ ให้ความร้อนสูงถึง 800 องศาเซลเซียส
ด้วยการกลั่นสามชั้น นั่นคือ 20 kWh ต่อกิโลกรัมของโลหะ นั่นคือ 20,000 kWh ต่อตัน นั่นคือเหตุผลที่ไม่เหมือนการผลิตโลหะอื่น ๆ อลูมิเนียมไม่ต้องการเพียงแค่แหล่งไฟฟ้า แต่ต้องมีโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ในบริเวณใกล้เคียง
อะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นประกอบด้วยเหล็ก ซิลิกอน ทองแดง สังกะสี ไททาเนียม และแมกนีเซียมในปริมาณที่น้อยมาก
หลังจากการกลั่นอลูมิเนียมจะถูกแปรรูปเป็นสินค้าที่จำหน่าย เหล่านี้คือแท่งและลวดและแผ่นและแท่ง 
ผลิตภัณฑ์ที่แยกจากกันที่ได้จากการกลั่น ส่วนหนึ่งอยู่ในรูปของตะกอนที่เป็นของแข็ง ใช้สำหรับการดีออกซิเดชัน และบางส่วนปล่อยให้อยู่ในรูปของสารละลายอัลคาไลน์
อะลูมิเนียมบริสุทธิ์อย่างแท้จริงได้มาจากการหลอมโลหะในโซนที่ตามมาในก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศ ลักษณะเด่นของมันคือการนำไฟฟ้าสูงที่อุณหภูมิแช่แข็ง
รีไซเคิล
หนึ่งในสี่ของความต้องการอลูมิเนียมทั้งหมดเกิดจากการรีไซเคิลวัตถุดิบ การหล่อขึ้นรูปถูกเทจากผลิตภัณฑ์รีไซเคิล
วัตถุดิบที่คัดแยกล่วงหน้าจะถูกหลอมใหม่ในเตาหลอม ประกอบด้วยโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าอะลูมิเนียม เช่น นิกเกิลและเหล็ก การรวมอโลหะต่างๆ ออกจากอะลูมิเนียมหลอมเหลวโดยการเป่าด้วยคลอรีนหรือไนโตรเจน
สิ่งเจือปนของโลหะที่หลอมละลายได้มากขึ้นจะถูกลบออกโดยการเพิ่มแมกนีเซียม สังกะสีหรือปรอทแล้วดูดฝุ่น แมกนีเซียมถูกกำจัดออกจากละลายด้วยคลอรีน
โลหะผสมหล่อที่กำหนดได้มาจากการแนะนำสารเติมแต่งซึ่งกำหนดโดยองค์ประกอบของอลูมิเนียมหลอมเหลว
ศูนย์การผลิตอะลูมิเนียม
ในแง่ของการบริโภคอะลูมิเนียม จีนอยู่ในอันดับต้น ๆ ทิ้งห่างสหรัฐอเมริกาที่อยู่อันดับสองและอันดับสามของเยอรมนี
ประเทศจีนยังเป็นประเทศที่ผลิตอะลูมิเนียมซึ่งเป็นผู้นำในด้านนี้ด้วยอัตรากำไรขั้นต้นที่มหาศาล
10 อันดับแรก ยกเว้นจีน ได้แก่ รัสเซีย แคนาดา สหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ อินเดีย สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย นอร์เวย์ บราซิล และบาห์เรน
ในรัสเซีย การผูกขาดในการผลิตอลูมินาและอะลูมิเนียมเป็นการรวมกัน โดยผลิตอะลูมิเนียมได้มากถึง 4 ล้านตันต่อปี และส่งออกผลิตภัณฑ์ไปยัง 70 ประเทศ และมีอยู่ในห้าทวีปใน 17 ประเทศ
บริษัทอเมริกัน Alcoa เป็นเจ้าของโรงงานโลหะวิทยาสองแห่งในรัสเซีย
ผู้ผลิตอลูมิเนียมรายใหญ่ที่สุดในประเทศจีนคือ Chalco ทรัพย์สินทั้งหมดต่างกระจุกตัวอยู่ในประเทศบ้านเกิดของตน
แผนก Hydro Aluminium ของบริษัท Norsk Hydro ของนอร์เวย์เป็นเจ้าของโรงถลุงอะลูมิเนียมในนอร์เวย์ เยอรมนี สโลวาเกีย แคนาดา และออสเตรเลีย
Australian BHP Billiton เป็นเจ้าของการผลิตอะลูมิเนียมในออสเตรเลีย แอฟริกาใต้และอเมริกาใต้
อัลบ้า (อะลูมิเนียม บาห์เรน บี. เอส.ซี.) ตั้งอยู่ในบาห์เรน - อาจเป็นแหล่งผลิตที่ใหญ่ที่สุด อลูมิเนียมของผู้ผลิตรายนี้คิดเป็นมากกว่า 2% ของปริมาณโลหะ "มีปีก" ทั้งหมดที่ผลิตในโลก
โดยสรุปแล้ว เราสามารถพูดได้ว่าผู้ผลิตอะลูมิเนียมรายใหญ่คือบริษัทต่างประเทศที่เป็นเจ้าของอะลูมิเนียมสำรอง และกระบวนการที่ใช้พลังงานมากนั้นเองประกอบด้วยการได้อลูมินาจากแร่อะลูมิเนียม การผลิตเกลือฟลูออไรด์ ซึ่งรวมถึงไครโอไลต์ มวลคาร์บอนแอโนดและแอโนดคาร์บอน แคโทด วัสดุบุผิว และการผลิตโลหะบริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้าจริง ซึ่งก็คือ ส่วนประกอบหลักของโลหะผสมอลูมิเนียม
