อุตสาหกรรมการผลิตอลูมิเนียม สารานุกรมขนาดใหญ่ของน้ำมันและก๊าซ สาขาของกิจกรรม (เทคโนโลยี) ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่อธิบายไว้

สิ่งประดิษฐ์
สิทธิบัตรของสหพันธรัฐรัสเซีย RU2529264

สาขาของกิจกรรม (เทคโนโลยี) ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่อธิบายไว้

การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการผลิตอะลูมิเนียมจากอลูมินาที่เป็นโลหะ

คำอธิบายโดยละเอียดของการประดิษฐ์

วิธีการทางอุตสาหกรรมที่เป็นที่รู้จัก Eru-Hall - อิเล็กโทรไลซิสของ cryolite-alumina ละลายซึ่งผลิตอลูมิเนียมหลักทั้งหมด [Mincis M.Ya. โลหะผสมไฟฟ้าอลูมิเนียม / ม.ย. มิ้นท์ซิส, พี.วี. Polyakov, G.A. สิราสุทดีนอฟ โนโวซีบีสค์: วิทยาศาสตร์. 2544. 368 น.]. แม้จะใช้เทคโนโลยีนี้เป็นเวลานาน แต่ก็มีข้อเสียหลายประการ: ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำ 40-50%; การใช้พลังงานสูง (13-17 kWh/kg Al); มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ค่าวัสดุและค่าแรงสูง

วิธีที่ปรับปรุงการผลิตอะลูมิเนียมโดยใช้เทคโนโลยี Eru-Hall (สิทธิบัตร US 6126799, publ. 10.03.2000) เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ซึ่งใช้กับอิเล็กโทรดโลหะที่เคลือบด้วยเซรามิกออกไซด์ที่มีการนำออกซิเจนไอออน ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสด้วยแอโนดดังกล่าว ไอออนของออกซิเจนจะผ่านชั้นออกไซด์และถูกปล่อยออกมาบนฐานโลหะ ยกเว้นโลหะมีตระกูล ไม่พบโลหะแต่ละชนิดที่เหมาะสมสำหรับใช้เป็นแอโนดเฉื่อย และโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล (Fe-Ni) ตามสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา 5006209 และอะลูมิเนียมบรอนซ์ได้รับเลือกเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างแอโนดเฉื่อยของโลหะ วัสดุ.

ข้อเสียเปรียบหลักของโลหะแอโนดคือความสามารถในการละลายอย่างรวดเร็วในการหลอมเหลวของไครโอไลต์-อลูมินาและการปนเปื้อนของอะลูมิเนียมปฐมภูมิ ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดโลหะ อันเป็นผลมาจากการกัดกร่อน เพิ่มความต้านทานไฟฟ้าบนผิวอิเล็กโทรด ความปลอดภัยของชั้นสามารถมั่นใจได้เฉพาะเมื่อมีกิจกรรมสูงของออกซิเจนไอออน (O 2-) ในชั้นอิเล็กโทรไลต์ใกล้ขั้วบวกเท่านั้น ซึ่งยากเป็นพิเศษที่จะทำได้ที่อุณหภูมิต่ำ (700-900 °C) เมื่อความสามารถในการละลายของอลูมินา ต่ำและกิจกรรมของออกซิเจนไอออนเปลี่ยนแปลงอย่างมาก การลดอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากสารเติมแต่งที่มีราคาแพง ในทางกลับกัน จำเป็นต้องลดความสามารถในการละลายของชั้นแอโนดออกไซด์

ทราบวิธีการที่ดีขึ้นในการผลิตอะลูมิเนียม (สิทธิบัตร US 3960678 publ. 08/01/1976) ที่มีขั้วบวกที่มีสารกึ่งตัวนำออกไซด์ที่มีการนำไฟฟ้าและออกซิเจนที่ปล่อยออกมาโดยตรงบนพื้นผิวของออกไซด์ ที่แพร่หลายมากที่สุดในกลุ่มนี้คือแอโนดที่มีนิกเกิลเฟอร์ไรต์ (NiFe 2 O 4) ที่พัฒนาโดย Alcoa และดีบุกออกไซด์ (SnO 2) ที่เสนอให้ทดสอบ ข้อได้เปรียบหลักของเซรามิกคือความสามารถในการละลายต่ำในการละลายของไครโอไลต์-อลูมินา

ข้อเสียเปรียบหลักคืออายุการใช้งานที่ต่ำของแอโนด และการใช้งานเซรามิกทางอุตสาหกรรมถูกขัดขวางโดยความแข็งแรงเชิงกลที่ต่ำของตัวอย่างขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง และความซับซ้อนของการผลิตหน้าสัมผัสที่มีกระแสไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ แสดงถึงอันตรายและความเป็นไปได้ของการลดออกไซด์ของโลหะด้วยอะลูมิเนียมที่ละลายในน้ำในกรณีที่หยุดนิ่ง

จาก ทางเลือกอื่นวิธีการที่เป็นที่รู้จักในการลดคาร์บอเทอร์มอลของอะลูมิเนียมจากออกไซด์ การวิจัยดำเนินการโดยบริษัท Alcan, Pechiney, Hydroaluminum ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการพัฒนาวิธีคาร์บอเทอร์มอล (สิทธิบัตร RU 2301842 C2 เผยแพร่เมื่อวันที่ 27 มิถุนายน 2550) ประสบความสำเร็จจากการทำงานร่วมกันของ Alcoa และ Elcem เตาลดความร้อนจากคาร์โบเทอร์มอลที่ใช้ในการผลิตอะลูมิเนียมใช้แผ่นกั้นกลวงเพื่อป้อนวัสดุคาร์บอนลงในลำธารที่ไหลอยู่ด้านล่าง แผ่นกั้นนี้แยกโซนปฏิกิริยาอุณหภูมิต่ำซึ่งอะลูมินาทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อสร้างอะลูมิเนียมคาร์ไบด์ และโซนปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง ซึ่งอะลูมิเนียมคาร์ไบด์และอลูมินาที่เหลือจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างอะลูมิเนียมและคาร์บอนมอนอกไซด์ ผลกระทบ: การประดิษฐ์ทำให้มีความเป็นไปได้ในการจัดหาวัสดุที่มีคาร์บอนเพิ่มเติมให้กับเครื่องปฏิกรณ์และการกระจายที่สม่ำเสมอ ความเป็นไปได้ในการกำจัดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่ของอ่างตะกรันและลดปริมาณการเคลื่อนย้ายของอะลูมิเนียม

ข้อเสียเปรียบหลักที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการคาร์บอเทอร์มอลคือการเลือกใช้วัสดุที่จำกัดต่อการหลอมเหลวของออกซีคาร์ไบด์เหลวและก๊าซที่อุณหภูมิสูงถึง 2100 องศาเซลเซียส ความยากลำบากในการควบคุมและรักษาอุณหภูมิในการทำงานที่สูง เป็นไปไม่ได้ที่จะรับรองความบริสุทธิ์ของโลหะ เนื่องจากสิ่งเจือปนในปิโตรเลียมโค้กและการแยกคาร์บอนออกจากอะลูมิเนียมที่เกิดขึ้นอย่างไม่สมบูรณ์

วิธีคลอไรด์ที่เป็นที่รู้จักสำหรับการผลิตอะลูมิเนียม (สิทธิบัตร US 3893899, publ. 08/07/1975) ใช้ AlCl 3 เป็นวัตถุดิบ ละลายในคลอไรด์โลหะอัลคาไลหลอมเหลว กระบวนการนี้สามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิสต่ำ (~700 °C) ข้อดีของวิธีนี้คือความหนาแน่นกระแสสูงเพราะ ในการหลอมเหลวมีแอนไอออนเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่สามารถออกซิไดซ์ที่แอโนดได้ การขาดคลอรีนออกซิเดชันของแอโนดคาร์บอน ซึ่งทำให้ไม่สิ้นเปลือง

ข้อเสียของวิธีการรวมถึงความจำเป็นในการผลิตและการขนส่ง AlCl 3 ที่คายน้ำบริสุทธิ์ เนื้อหาของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ต้องต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันของขั้วไฟฟ้ากราไฟท์และการสะสมของตะกอนออกซีคลอไรด์ ซึ่งละลายได้น้อยในอิเล็กโทรไลต์คลอไรด์ แรงดันไอบางส่วนที่สูงของส่วนประกอบต่างๆ ของอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำความสะอาดคลอรีนที่ปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจากไอระเหยของอิเล็กโทรไลต์และคืนคลอไรด์ที่ติดอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ Alcoa พยายามดำเนินการตามกระบวนการที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด แม้จะมีผลผลิตสูง (ประมาณ 13 ตันอัล/วัน) สำหรับเซลล์อิเล็กโทรไลต์หนึ่งเซลล์และใช้พลังงานจำเพาะต่ำ (ประมาณ 9 กิโลวัตต์ชั่วโมง/กิโลกรัมอัลอัล โดยไม่คำนึงถึงการใช้พลังงานสำหรับกระบวนการคลอรีน) วิธีการนี้ก็มีความซับซ้อนหลายประการ ปัญหาทางเทคนิคซึ่งยังคงห้ามการใช้งานเชิงพาณิชย์

รู้จักการผลิตอะลูมิเนียมทางเลือกอื่นจากซัลไฟด์ (สิทธิบัตร NL 20080202939, publ. 28.08.2008) อะลูมิเนียมซัลไฟด์ความบริสุทธิ์สูงปราศจากน้ำได้มาจากอลูมินาเพิ่มเติม อิเล็กโทรไลต์สลายตัวเป็นอะลูมิเนียมและกำมะถันในอ่างหลายขั้ว ด้วยเอาต์พุตปัจจุบัน 90% การใช้พลังงานเฉพาะจะอยู่ที่ 5.24 kWh/kg Al เท่านั้น

ข้อเสียเปรียบหลักคือความจำเป็นในการผลิตและการสร้างขั้นตอนทางเทคโนโลยีที่แยกจากกันเพื่อให้ได้ Al 2 S 3 ที่บริสุทธิ์มาก ซึ่งทำให้เทคโนโลยีไม่สามารถทำได้ในเชิงอุตสาหกรรม และยังมีความซับซ้อนของตัวเครื่องด้วย

วิธีการที่เป็นที่รู้จักสำหรับการผลิตอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าละลาย (สิทธิบัตร RU 2415973 C2, publ. 10.04.2011) วิธีการนี้รวมถึงอิเล็กโทรลิซิสของการหลอม KF-NaF-AlF 3 ด้วยสารเติมแต่ง Al 2 O 3 ที่อุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ที่ 700-900 °C และการรักษาอัตราส่วนไครโอไลท์ (KF+NaF)/AlF 3 จาก 1.1 ถึง 1.9 อิเล็กโทรลิซิสดำเนินการที่ความหนาแน่นกระแสแอโนดไม่เกิน 1.0 A/cm2 และความหนาแน่นกระแสแคโทดไม่เกิน 0.9 A/ซม. 2 ให้ผลผลิตที่เพิ่มขึ้นพร้อมการลดการใช้พลังงานเฉพาะและถูกกว่า วิธีที่รู้จักการผลิตอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าและอัตราการกัดกร่อนต่ำของวัสดุอิเล็กโทรด โดยเฉพาะแอโนดเฉื่อย อุณหภูมิของอิเล็กโทรไลซิสเมื่อใช้จะไม่เกิน 150°C ซึ่งช่วยลดข้อกำหนดสำหรับวัสดุของเซลล์ การปรับองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ และลดภาระด้านสิ่งแวดล้อมต่อสิ่งแวดล้อม

ข้อเสียของวิธีนี้คืออิเล็กโทรไลต์มีราคาสูง ความเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้อลูมินาโดยตรงเป็นวัตถุดิบ ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำลดความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจของกระบวนการ โพแทสเซียมไอออนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสลดค่าของประสิทธิภาพในปัจจุบันลงอย่างมาก

เป็นที่รู้จักในฐานะวิธีการต้นแบบในการสกัดโลหะจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโลหะจากอะลูมิเนียมหรือซิลิกอนออกไซด์ในเตาเผาพลาสมา (สิทธิบัตร RU 2075526, publ. 20.03.1997) รวมถึงการประมวลผลโดยการหลอมตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผสมกับฟลักซ์ของมะนาวและ (หรือ) อลูมินาโดยใช้ - การให้ความร้อนด้วยอาร์คที่อุณหภูมิ 1600-1650 องศาเซลเซียส โดยการจ่ายสารรีดิวซ์และเหล็กที่มีคาร์บอน ตามด้วยเป่าให้หลอมละลายด้วยก๊าซที่เป็นกลาง

ข้อเสียของวิธีการสกัดคือการทำลายอิเล็กโทรดที่อุณหภูมิสูงของการหลอมอาร์คไฟฟ้า ปฏิกิริยาระหว่างฝุ่นถ่านหินและเศษโลหะกับโลหะเหลวทำให้เกิดปฏิกิริยาความร้อนย้อนกลับกับการก่อตัวของคาร์ไบด์ กระบวนการนี้ใช้พลังงานมากและไม่เกิดประโยชน์ในเชิงเศรษฐกิจ โดยต้องใช้วัสดุทนไฟราคาแพงสำหรับซับใน ในการสกัดโลหะ จำเป็นต้องมีการระบายออกจากเตาหลอมทั้งหมดและการหยุดกระบวนการชั่วคราว

ผลลัพธ์ทางเทคนิคของวิธีการที่เสนอคือการลดความซับซ้อนของวิธีการผลิตอลูมิเนียมที่มีอยู่และการลดต้นทุนวัสดุและพลังงานสำหรับการผลิตด้วยตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สูงของกระบวนการและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของกระบวนการ

ผลลัพธ์ทางเทคนิคได้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าอะลูมิเนียมได้มาจากการหลอมอลูมินาที่เข้ามาอย่างต่อเนื่องในอิเล็กโทรคอรันดัมที่เป็นของเหลวในระหว่างการให้ความร้อนด้วยพลาสม่าอาร์คในเครื่องปฏิกรณ์ในช่วงอุณหภูมิ 1300-1500 °C ด้วยระดับสุญญากาศที่ 1.1-1.3 10 -4 Pa ตามด้วยการสะสมของอะลูมิเนียมขั้นต้นบนพื้นผิวของอิเล็กโทรคอรันดัมในห้องตกตะกอนด้วยไฟฟ้าโดยส่งกระแสตรง 150-200 A ผ่านการหลอมและทำให้บริสุทธิ์ เมื่ออลูมิเนียมเหลวนี้ถูกสะสมและรวบรวมบนพื้นผิวของอิเล็กโทรคอรันดัมที่อุณหภูมิ 850-900 องศาเซลเซียส

สาระสำคัญของวิธีการที่เสนอแสดงไว้ในรูปที่ 1

ในพื้นที่ปฏิกิริยาของเตาเผาอุณหภูมิสูงที่มีระบบทำความร้อนคาร์บอนและฉนวนกันความร้อนซึ่งมีตัวระบายความร้อนด้วยน้ำสองเท่า 1 สุญญากาศจะถูกสร้างขึ้นด้วยแรงดันของก๊าซป้องกันที่เหลือ 100-150 Pa โดยใช้วิธีการพร้อมกัน การทำงานของปั๊มสุญญากาศแบบกระจาย 3 และปั๊มสุญญากาศด้านหน้า 4 อลูมินาถูกโหลดลงบนพื้นผิวหลอมโดยใช้เครื่องจ่าย 2 จากนั้นอลูมินาจะถูกทำให้ร้อนอย่างสม่ำเสมอจนกว่าจะได้อิเล็กโทรคอรันดัมสีขาวหลอมเหลว สำหรับการให้ความร้อนและการหลอมของอลูมินา พลาสมาอาร์คของพลาสมาคบเพลิง 5 ถูกใช้ที่กระแสตรงของ "ขั้วตรง" เงื่อนไขที่จำเป็นความเสถียรของอาร์คไฟฟ้าคือการมีแหล่งพลังงานที่มีลักษณะพิเศษ การหลอมที่เกิดขึ้นจะเติมห้องอิเล็กโทรดตำแหน่ง 6 ซึ่งไหลผ่านไดอะแฟรมพาร์ติชั่น 7 อะลูมิเนียมปฐมภูมิถูกสะสมอยู่บนพื้นผิวของอิเล็กโทรคอรันดัมโดยส่งกระแสตรง 150-200 A ผ่านการหลอมโดยใช้คาร์บอนกราไฟต์แอโนด 8 และแคโทด 9 อะลูมิเนียมเหลว 10 ตั้งอยู่บนพื้นผิวของหลอม ซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด เมื่อถึงระดับที่คำนวณได้ผ่านระบบเกต โดยท่อระบายน้ำบน 11 จะถูกส่งไปยังห้องกลั่น 12 เพื่อทำความสะอาด

วิธีการที่มีเหตุผลที่สุดในการสกัดจากมุมมองของวัตถุที่ประมวลผล โลหะอลูมิเนียมจากอะลูมิเนียมออกไซด์คือการให้ความร้อนด้วยพลาสม่าอาร์ค ในกรณีนี้ ในสภาวะที่อ้างสิทธิ์ อลูมินาเป็นอิเล็กโทรคอรันดัมสีขาวที่หลอมละลาย จุดหลอมเหลวของอลูมินาที่ระดับ degassing - 1.1-1.3·10 -4 PA ลดลงเป็น 1300-1500 °C อิเล็กโทรคอรันดัมที่หลอมละลายได้จะไหลตามหลักการของภาชนะที่สื่อสารไปยังห้องตกตะกอนด้วยไฟฟ้าผ่านพาร์ติชันไดอะแฟรมที่แยกจากกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนที่หลอมละลายที่ส่วนต่อประสานในห้องเพาะเลี้ยง การลดลงของอิออนเคมีไฟฟ้าจะเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของอะลูมิเนียม

ในช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้า อลูมินาเป็นสารหลอมที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์ในสถานะอสัณฐาน โดยมีการพัฒนา พื้นผิวด้านในซึ่งดูดซับ O 2- anions และ Al 3+ cations บนอิเล็กโทรด จากด้านบน บนพื้นผิวแคโทด ปฏิกิริยารีดักชันอะลูมิเนียม Al 3+ -3e=Al เกิดขึ้น และออกซิเจนโมเลกุล O 2- -2e=O 2 ก่อตัวบนแอโนด ซึ่งถูกลำเลียงขึ้นสู่ผิวแคโทด

โลหะเหลวอยู่บนผิวของหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 850-900 องศาเซลเซียส เนื่องจากมีความหนาแน่น 2.30-2.35 ก./ซม. 3 และความหนาแน่นของการหลอมของอิเล็กโทรคอรันดัมสีขาวอยู่ที่ 3.70-3.95 ก./ซม. 3 อลูมิเนียมจะไหลผ่านรูล้นเข้าไปในห้องกลั่นเมื่อระดับสูงขึ้น

ตัวอย่างการใช้งานโซลูชันทางเทคนิค

บรรจุอลูมินาเกรด G00 100 กก. ลงในพื้นที่ทำปฏิกิริยาของเตาไฟฟ้าสุญญากาศ จากการประมวลผล ได้อะลูมิเนียมเหลวเกรด A5 52.7 กก. ซึ่งสอดคล้องกับสัมประสิทธิ์การบริโภคเฉพาะของอลูมินาที่ 1895 กก./ตัน Al ตามปฏิกิริยาการสลายตัว จากการวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้ ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดโดยการรักษาอุณหภูมิหลอมเหลวไว้ที่ระดับ 1430-1450 องศาเซลเซียส โดยมีอัตราการจ่ายอลูมินาไปยังพื้นผิวหลอมเหลวในเขตหลอมเหลว 5 กก./วินาที

วิธีการที่นำเสนอนี้ประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาของการประมวลผลเชิงเศรษฐกิจที่ซับซ้อนของอลูมินาโลหะเพื่อสกัดอะลูมิเนียม ลดการใช้วัสดุและไฟฟ้า และรับรองข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับกระบวนการ

เรียกร้อง

1. วิธีการผลิตอะลูมิเนียม รวมทั้งการแปรรูปอะลูมิเนียมออกไซด์โดยการหลอมโดยใช้การให้ความร้อนแบบพลาสม่าอาร์ค ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่อลูมินาที่เข้ามาอย่างต่อเนื่องจะถูกหลอมด้วยการหลอมเหลวของอิเล็กโทรคอรันดัมเหลวในระหว่างการให้ความร้อนด้วยพลาสมาอาร์คในเครื่องปฏิกรณ์ในช่วงอุณหภูมิ 1300 -1500 ° C ด้วยระดับสุญญากาศ 1 ,1-1.3·10 -4 Pa จากนั้นนำอะลูมิเนียมขั้นต้นไปวางบนพื้นผิวของอิเล็กโทรคอรันดัมในห้องเก็บประจุไฟฟ้าโดยผ่านกระแสไฟตรง 150-200 A หลอมเหลวแล้วกลั่น ในห้องกลั่น

2. วิธีการตามข้อถือสิทธิข้อที่ 1 ซึ่งแสดงคุณลักษณะเฉพาะในอะลูมิเนียมเหลวนั้นถูกสะสมและเก็บรวบรวมไว้บนพื้นผิวของอิเล็กโทรคอรันดัมที่อุณหภูมิ 850-900 องศาเซลเซียส

ชื่อผู้ประดิษฐ์: Bazhin Vladimir Yuryevich (RU), Feshchenko Roman Yuryevich (RU), Patrin Roman Konstantinovich (RU), Vlasov Alexander Anatolyevich (RU)
ชื่อผู้จดสิทธิบัตร: งบประมาณของรัฐบาลกลาง สถาบันการศึกษาสูงกว่า อาชีวศึกษา"มหาวิทยาลัยแร่และวัตถุดิบแห่งชาติ "Gorny" (RU)

ปิด

Guest_alum_* 23 ก.ย. 2550

ในโรงรถหรือ ห้องเอนกประสงค์คุณสามารถผลิตอลูมิเนียมของคุณเองได้ในปริมาณเท่าใดก็ได้

ฉันเสนอให้มีส่วนร่วมในการผลิตอลูมิเนียมด้วยตัวเอง
เมื่อปรากฏว่าการสกัดอะลูมิเนียมจากดินเหนียวโดยใช้เทคโนโลยีนี้เป็นขั้นตอนง่ายๆ ที่สามารถทำได้เองที่บ้าน แต่ควรใช้โรงรถหรือสถานที่ที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัยมากกว่า

เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการทำงาน:

ความพร้อมของไฟฟ้า 220 โวลต์ 1.5 กิโลวัตต์

การขนส่งสำหรับการส่งมอบดินเหนียวและการกำจัดของเสีย

โลหะที่ได้จากวิธีนี้จะอยู่ในรูปของก้อนที่เผาผนึกไม่ต่างกันใน คุณสมบัติทางกายภาพจากการขุดอะลูมิเนียมแบบเดิมๆ

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา มีการซื้อโลหะนอกกลุ่มเหล็กอย่างแข็งขัน นอกจากนี้ การส่งมอบโลหะยังคึกคักจนปัจจุบันแทบไม่มีขายเลย

อลูมิเนียมซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่น ๆ มีอยู่ในดินเหนียวในปริมาณ 40 ถึง 60%

ดินเหนียวที่อุดมด้วยอะลูมิเนียมเป็นอะลูมิเนียม ปริมาณอลูมิเนียมในนั้นสูงถึง 70% แต่ดินเหนียวใด ๆ มีอลูมิเนียมมากพอที่จะแยกโลหะออกจากมัน ตั้งแต่ 10 กก. ดินเหนียวที่ผ่านการบำบัดพิเศษ (ขั้นต่ำ) สกัด 4 กก. อลูมิเนียม

ด้วยวิธีนี้ ในโรงรถในเมืองธรรมดา ฉันจัดการผลิตได้ภายใน 1 วันทำการ

180-200 กก. โลหะ.

ค่าขนส่ง: ฉันขนส่งดินเหนียวในถุงด้วยรถยนต์ Niva จากเหมืองหินไปยังโรงรถที่ละ 500 กก.

น้ำมันเบนซิน 4 ลิตร x 17 รูเบิล = 68 รูเบิล

ส่วนประกอบที่จำเป็นอีกประการหนึ่งถูกเพิ่มลงในดินเหนียวซึ่งมีราคา 30 รูเบิล ต่อกิโลกรัม

การบริโภค 1 กก. ส่วนประกอบต่อ 10 กก. ดินเหนียว

10 กก. ส่วนประกอบ x 30 รูเบิล = 300 รูเบิล

ส่วนประกอบสิบกิโลกรัมก็เพียงพอที่จะประมวลผลดินเหนียวหนึ่งร้อยกิโลกรัม

10กก. ส่วนประกอบ +100 กก. ดินเหนียว = 40 กก. อลูมิเนียม

1 กก. อลูมิเนียมราคา 30 รูเบิล (มากถึง 55 รูเบิลเมื่อขายโลหะให้กับองค์กร)

40 กก. โลหะ x 30 รูเบิล = 1200 รูเบิล

1200 ถู - 300 ถู (ค่าใช้จ่าย) \u003d 900 รูเบิล ( กำไรสุทธิตั้งแต่ 100 กก. ดินเหนียว)

ในวันที่มีอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่สามารถนำไปวางในโรงรถมาตรฐานได้ จะสามารถแปรรูปได้ 500 กก. ดินเหนียว

โลหะทั้งหมด 200 กก. = 6,000 รูเบิล ต่อวัน - ส่วนประกอบ 50 กก. (1500 รูเบิล) + น้ำมันเบนซิน 68 รูเบิล

6000 rubles - 1568 rubles = 4432 rubles เต็มวัน

Guest_Winky_* 02 ต.ค. 2550

ฉันคิดว่ามันเป็นกรดไฮโดรคลอริก แต่น่าสนใจว่าใช้อุปกรณ์อะไร กระบวนการนี้ซับซ้อนและใช้พลังงานมาก หากเป็นไปได้ ขอข้อมูลเพิ่มเติม

31 ต.ค. 2550

และเป็นไปได้ในรายละเอียดเพิ่มเติมว่ามีอะไรพิเศษบ้าง ส่วนประกอบ อุปกรณ์ที่ใช้ และหาซื้อได้ที่ไหน

ใช่ มันไร้สาระทั้งหมด การรับอลูมิเนียมที่บ้านนั้นไร้สาระ ลองละลายก่อน และไม่สามารถมีส่วนประกอบได้ ใส่อิเล็กโทรไลเซอร์ที่บ้าน - อย่างน้อยสถานีย่อย 10 kV โดยลดลงเป็น 3-5 V ในภายหลัง ความแรงของกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างไม่สมจริง สายไฟบ้านอะไรจะทน? ใช่ในสมัยโบราณมีความพยายามที่จะได้รับ แต่นับกรัม ที่ศีรษะถูกคลายเกลียว คำถามคือยังไง?
- แต่ห้องสมุดในอเล็กซานเดรียถูกเผาอย่างไร้ประโยชน์ ... น่าเสียดาย ...

Guest_napTu3aH_* 07 พ.ย. 2550

ข้อเสนอที่น่าสนใจ แต่องค์ประกอบนี้คืออะไร?

แต่ปัญหาคือมีอยู่ในดินเหนียวในระดับโมเลกุล กล่าวคือ คุณจะไม่พาเขาออกจากที่นั่นด้วยสารเคมีทางกาย ถ้ามีคนทำสำเร็จและพวกเขาจะมอบโนเบลให้เขา ...

ถ้านี่เป็นเรื่องจริง สหายคงไม่ได้เขียนว่าเขาตัดผ่าน NIVA และแบกรับน้ำหนักตัวละ 500 กก. แต่คงจะได้อะไรมาเพิ่มอีกแล้ว ...

07 พ.ย. 2550

ฉันทำงานให้กับบริษัทเหมืองแร่
ใช่ แน่นอน ปริมาณอะลูมิเนียมในดินเหนียว ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เรามีมากกว่านั้นมากถึง 87%
แต่ปัญหาคือมีอยู่ในดินเหนียวในระดับโมเลกุล กล่าวคือ ไม่มีสารเคมีทางกายภาพ
คุณจะไม่พาเขาออกไปจากที่นั่นในทางใดทางหนึ่ง ถ้ามีคนทำสำเร็จและพวกเขาจะมอบโนเบลให้เขา ...

หากเป็นอย่างนี้จริง สหายคงไม่ได้เขียนไว้ว่าตัดผ่าน NIVA และแบกตัวละ 500 กก. แต่เขาคงได้กำไรไปแล้ว
เพื่ออะไรอีก...

ดังนั้นความรับผิดทางอาญาสามารถเกิดขึ้นได้สำหรับการใช้ดินใต้ผิวอย่างผิดกฎหมายและเจ็บปวด ....
(เลยคิดว่าเป็นการหลอกลวง...)

กระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่จะจัดระเบียบไอทีที่บ้านได้อย่างไร? ฉันสงสัยว่าผู้คนต้องการเคาะเงินกับส่วนประกอบที่ไม่มีอยู่จริง หรือบางทีก็เหมือนกับผู้ได้รับรางวัลโนเบล
:-)

29 ต.ค. 2551

เทคโนโลยีการผลิตอลูมิเนียม

อะลูมิเนียมได้มาอย่างไร?

อลูมิเนียมมีอยู่ทั่วไป - มีแร่ธาตุสองร้อยห้าสิบตัว แต่ไม่ใช่จากแร่ใด ๆ ไม่ใช่จากดินเหนียวใด ๆ ที่สามารถสกัดได้ ถ้าหนึ่งในสิบของดินเหนียวเป็นอะลูมิเนียม ก็ไม่ควรไปยุ่งวุ่นวาย มันแพงเกินไปที่จะปล่อยเขา แต่ถ้าจากดินเหนียวสองกิโลกรัมคุณสามารถรับอลูมิเนียมหนึ่งกิโลกรัมรวมกับออกซิเจน - นี่เป็นอีกเรื่องหนึ่ง มีดินเหนียวดังกล่าว (บางครั้งเป็นหิน) ที่อุดมไปด้วยอะลูมิเนียม และเรามีพวกเขามากมายในประเทศของเรา พวกเขาถูกเรียกว่า BOXITES

ก่อนอื่นต้องสกัดอลูมินาจากแร่บอกไซต์ อะลูมิเนียมออกไซด์มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าอลูมินา

คุณรู้จักอลูมินาบางประเภท ตัวอย่างเช่นกากกะรุนซึ่งทำความสะอาดมีด เหล่านี้เป็นเม็ดของหินแข็งมาก - คอรันดัม ใช้สำหรับลับคมเครื่องมือ มีด เหล็ก คอรันดัมเป็นอลูมินา อะลูมิเนียมออกไซด์

การสกัดอลูมินาจากบอกไซต์เป็นงานที่ซับซ้อนและใช้เวลานาน ดำเนินการในร้านค้าเคมีของโรงงานอลูมิเนียม แต่การสกัดอลูมินานั้นมีชัยไปกว่าครึ่ง เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมนั้น จะต้องขับออกซิเจนออกจากอลูมินาด้วย ในการทำเช่นนี้อลูมินาที่หลอมละลายจะถูกเทลงในอ่างกราไฟท์และส่งผ่านแรงที่แข็งแกร่ง ไฟฟ้า. มีความจำเป็นมาก ดังนั้นโรงงานผลิตอลูมิเนียมจึงมักสร้างขึ้นใกล้กับโรงไฟฟ้าที่ทรงพลัง

ตำนานที่น่าสงสัยอย่างหนึ่งกล่าวว่าเมื่อชายคนหนึ่งมาถึงจักรพรรดิแห่งโรมัน Tiberius (42 ปีก่อนคริสตกาล - 37 AD) พร้อมชามโลหะที่แตกไม่ได้ วัสดุของโถถูกกล่าวหาว่ามาจากอลูมินา (Al2O3) ดังนั้นจึงต้องเป็นอลูมิเนียม ด้วยความกลัวว่าโลหะที่ทำจากดินเหนียวดังกล่าวจะทำให้ทองและเงินมีค่าเสื่อมราคา ในกรณีนี้ ทิเบริอุสจึงสั่งให้ตัดศีรษะของชายคนนั้น แน่นอน เรื่องราวนี้ยากจะเชื่อ: อะลูมิเนียมโดยกำเนิดไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ และในสมัยของจักรวรรดิโรมัน ก็ไม่มีทางทางเทคนิคที่จะอนุญาตให้สกัดอะลูมิเนียมออกจากสารประกอบได้

ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ อลูมิเนียมเป็นอันดับหนึ่งในกลุ่มโลหะ เนื้อหาใน เปลือกโลกคือ 7.45% อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีการกระจายตัวในธรรมชาติ อลูมิเนียม ปลายXIXศตวรรษเป็นจำนวนของโลหะหายาก ในรูปแบบบริสุทธิ์ ไม่พบอะลูมิเนียมเนื่องจากมีกิจกรรมทางเคมีสูง พบมากในรูปของสารประกอบที่มีออกซิเจนและซิลิกอน - อะลูมิโนซิลิเกต

เฉพาะหินที่อุดมไปด้วยอลูมินา (Al2O3) และสะสมเป็นมวลขนาดใหญ่บนพื้นผิวโลกเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นแร่อะลูมิเนียมได้ หินเหล่านี้ได้แก่ บอกไซต์ เนฟีลีน - (Na, K)2O? อัลทูโอ 3 ? 2SiO2, อะลูมิเนียม - (Na, K) 2SO4 ? อัล2(SO4)3? 4Al(OH)3 และ kaolins (clays), เฟลด์สปาร์ (orthoclase) - K2O ? Al2O3? 6SiO2.

แร่หลักในการผลิตอะลูมิเนียมคือบอกไซต์ ประกอบด้วยอะลูมิเนียมในรูปของไฮดรอกไซด์ Al(OH), AlOOH, คอรันดัม Al2O3 และ kaolinite Al2O3? 2SiO2? 2H2O. องค์ประกอบทางเคมีบอกไซต์มีความซับซ้อน: อลูมินา 28-70%; ซิลิกา 0.5-20%; เหล็กออกไซด์ 2-50%; ไทเทเนียมออกไซด์ 0.1-10% ที่ ครั้งล่าสุดเนฟีลีนและอลูไนต์เริ่มถูกนำมาใช้เป็นแร่

แหล่งแร่อะลูมิเนียมขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในเทือกเขาอูราลในเขต Tikhvin ของภูมิภาคเลนินกราดในภูมิภาคอัลไตและครัสโนยาสค์

Nepheline (K ≈ Na2O ≈ Al2O3 ≈ 2SiO2) เป็นส่วนหนึ่งของหินอะพาไทต์ - เนฟีลีน (บนคาบสมุทร Kola)
เป็นครั้งแรกในรูปแบบอิสระที่อลูมิเนียมถูกแยกออกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Oersted โดยการกระทำของโพแทสเซียมอะมัลกัมบนอะลูมิเนียมคลอไรด์ ในปี พ.ศ. 2370 นักเคมีชาวเยอรมัน Wöhler ได้ปรับปรุงวิธีการของ Oersted โดยแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมโลหะ: AlCl3 + 3K > 3KCl + Al (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน)
แผนการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์

ในปี ค.ศ. 1854 Sainte-Clair Deville ในฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่ใช้วิธี Wehler สำหรับ การผลิตภาคอุตสาหกรรมอลูมิเนียมโดยใช้โซเดียมที่ถูกกว่าแทนโพแทสเซียมและแทนอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่ดูดความชื้น - อะลูมิเนียมและโซเดียมคลอไรด์ที่ทนทานกว่า ในปี พ.ศ. 2408 นักเคมีกายภาพชาวรัสเซีย N. N. Beketov แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะแทนที่อลูมิเนียมด้วยแมกนีเซียมจากไครโอไลต์หลอมเหลว ปฏิกิริยานี้ถูกใช้ในปี พ.ศ. 2431 เพื่อผลิตอะลูมิเนียมที่โรงงานแห่งแรกของเยอรมนีในเมืองกเมลิงเงน การผลิตอลูมิเนียมโดยวิธีที่เรียกว่า "เคมี" เหล่านี้ดำเนินการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2397 ถึง พ.ศ. 2433 ภายใน 35 ปีโดยใช้วิธีการเหล่านี้จะได้รับอลูมิเนียมประมาณ 20 ตัน

ในช่วงปลายยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา วิธีการทางเคมีเข้ามาแทนที่วิธีอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้สามารถลดต้นทุนของอะลูมิเนียมได้อย่างมาก และสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอะลูมิเนียม ในปี พ.ศ. 2429 ผู้ก่อตั้งวิธีอิเล็กโทรไลต์สมัยใหม่สำหรับการผลิตอะลูมิเนียม Héroult ในฝรั่งเศสและ Hall ในสหรัฐอเมริกา ได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรที่คล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดสำหรับวิธีการผลิตอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของอลูมินาที่ละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว นับตั้งแต่การปรากฏตัวของสิทธิบัตรของHéroult and Hall อุตสาหกรรมอะลูมิเนียมสมัยใหม่ได้เริ่มขึ้นแล้ว ซึ่งในช่วงเวลากว่า 115 ปีของการดำรงอยู่ ได้เติบโตขึ้นเป็นหนึ่งในสาขาที่ใหญ่ที่สุดของโลหะวิทยา

กระบวนการทางเทคโนโลยีในการรับอลูมิเนียมประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

หนึ่ง). การรับอลูมินา (Al2O3) จากแร่อะลูมิเนียม

2). รับอลูมิเนียมจากอลูมินา

3). การกลั่นอลูมิเนียม

รับอลูมินาจากแร่

อลูมินาได้มาจากสามวิธี: อัลคาไลน์ กรด และอิเล็กโทรไลต์ วิธีที่พบมากที่สุดคือวิธีอัลคาไลน์ (วิธีของ K. I. ไบเออร์ซึ่งพัฒนาขึ้นในรัสเซียเมื่อปลายศตวรรษก่อนและใช้สำหรับการประมวลผลบอกไซต์คุณภาพสูงที่มีซิลิกาเล็กน้อย (มากถึง 5-6%)) ตั้งแต่นั้นมา การใช้งานทางเทคนิคมันได้รับการปรับปรุงอย่างมาก รูปแบบการผลิตอลูมินาโดยวิธีไบเออร์แสดงในรูปที่ หนึ่ง.

สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่ความจริงที่ว่าสารละลายอะลูมิเนียมสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เข้าไป และสารละลายที่เหลือจากการสลายตัวหลังจากการระเหยของสารภายใต้สภาวะของการผสมแบบเข้มข้นที่ 169-170 ° C สามารถละลายอลูมินาที่มีอยู่ในบอกไซต์ได้อีกครั้ง วิธีนี้ประกอบด้วยการดำเนินการหลักดังต่อไปนี้:

หนึ่ง). การเตรียมอะลูมิเนียมซึ่งประกอบด้วยการบดและบดในโรงสี โรงสีจะมาพร้อมกับบอกไซต์ ด่างกัดกร่อน และไม่ใช่ จำนวนมากของมะนาวซึ่งช่วยเพิ่มการปล่อย Al2O3; เยื่อกระดาษที่ได้จะถูกป้อนเพื่อชะล้าง

2). การชะชะอะลูมิเนียม (เมื่อเร็ว ๆ นี้บล็อกหม้อนึ่งความดันรูปทรงกลมที่ใช้จนถึงขณะนี้ได้ถูกแทนที่บางส่วนด้วยหม้อนึ่งความดันแบบท่อซึ่งการชะจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 230-250 ° C (500-520 K) ซึ่งประกอบด้วยการสลายตัวทางเคมีจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ สารละลายน้ำด่าง; อะลูมิเนียมออกไซด์ไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างให้ไปเป็นสารละลายในรูปของโซเดียมอะลูมิเนต:

AlOOH+NaOH → NaAlO2+H2O

อัล(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O;

SiO2+2NaOH → Na2SiO3+H2O;

ในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและโซเดียมซิลิเกตเป็นโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ ไททาเนียมและเหล็กออกไซด์ผ่านเข้าไปในสารตกค้างที่ไม่ละลายน้ำทำให้สารตกค้างเป็นสีแดง สารตกค้างนี้เรียกว่าโคลนแดง เมื่อเสร็จสิ้นการละลาย โซเดียมอะลูมิเนตที่เป็นผลลัพธ์จะถูกเจือจางด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของอัลคาไลในขณะที่ลดอุณหภูมิลง 100°C;

3). การแยกสารละลายอะลูมิเนตออกจากโคลนสีแดง มักจะล้างด้วยสารเพิ่มความข้นพิเศษ ด้วยเหตุนี้ โคลนสีแดงจึงตกลงมา และสารละลายอะลูมิเนตจะถูกระบายออกแล้วกรองออก (ชี้แจง) ในปริมาณที่จำกัด กากตะกอนจะถูกใช้ เช่น เป็นสารเติมแต่งสำหรับซีเมนต์ ขึ้นอยู่กับเกรดของแร่อะลูมิเนียม 0.6-1.0 ตันของโคลนสีแดง (กากแห้ง) ต่ออลูมินาที่ได้รับ 1 ตัน

4). การสลายตัวของสารละลายอะลูมิเนต มันถูกกรองและสูบลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่มีตัวกวน (ตัวย่อยสลาย) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH)3 ถูกสกัดจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเมื่อเย็นลงจนถึง 60°C (330 K) และกวนอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆ และไม่สม่ำเสมอ และการก่อตัวและการเติบโตของผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงมี สำคัญมากในระหว่างการประมวลผลต่อไปจะมีการเติมไฮดรอกไซด์ที่เป็นของแข็งจำนวนมากลงในตัวย่อยสลาย - เมล็ด:

Na2O ּ Al2O3+4H2O → อัล(OH)3+2NaOH;

5). การจัดสรรอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และการจำแนกประเภท สิ่งนี้เกิดขึ้นในไฮโดรไซโคลนและตัวกรองสุญญากาศ ซึ่งตะกอนที่มีอนุภาค Al(OH) 50-60% แยกออกจากสารละลายอะลูมิเนต ส่วนสำคัญของไฮดรอกไซด์จะกลับสู่กระบวนการย่อยสลายเป็นวัสดุเมล็ด ซึ่งยังคงหมุนเวียนอยู่ในปริมาณที่ไม่เปลี่ยนแปลง สารตกค้างหลังจากล้างด้วยน้ำจะถูกเผา ตัวกรองจะกลับสู่การไหลเวียน (หลังจากความเข้มข้นในเครื่องระเหย - สำหรับการชะล้างแร่บอกไซต์ใหม่);

6). การคายน้ำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (การเผา); เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตอลูมินา มันดำเนินการในเตาเผาแบบหมุนแบบท่อและเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเตาเผาที่มีการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วนของวัสดุที่อุณหภูมิ 1150-1300 ° C อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ดิบ ผ่านเตาโรตารี่ ทำให้แห้งและแห้ง เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อไปนี้จะเกิดขึ้นตามลำดับ:

Al(OH)3 → AlOOH → γ-Al2O3 → α-Al2O3
อลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาที่ด้านล่างซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดนั้นหนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหิน จากนั้นจึงสูบออกเป็นระยะ

อลูมินาที่เผาแล้วขั้นสุดท้ายประกอบด้วย α-Al2O3 (คอรันดัม) 30-50% ส่วนที่เหลือคือ γ-Al2O3

วิธีนี้สกัดได้ 85-87% ของอลูมินาทั้งหมดที่ผลิตได้ ส่งผลให้อลูมินามีความแข็งแรง สารประกอบเคมีด้วยจุดหลอมเหลว 2050 °C

ได้อะลูมิเนียมจากออกไซด์ของมัน

อิเล็กโทรไลซิสอะลูมิเนียมออกไซด์

การนำอะลูมิเนียมออกไซด์กลับคืนด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าที่ละลายในตัวหลอมแบบไครโอไลต์ที่อุณหภูมิ 950-970 องศาเซลเซียสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์ประกอบด้วยอ่างที่ปูด้วยบล็อกคาร์บอนซึ่งอยู่ด้านล่างซึ่งมีการจ่ายกระแสไฟฟ้า อะลูมิเนียมเหลวที่ปล่อยออกมาด้านล่างทำหน้าที่เป็นแคโทดที่หนักกว่าเกลืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย ดังนั้นจึงถูกรวบรวมไว้บนฐานถ่านหิน จากนั้นจึงสูบออกเป็นระยะ (รูปที่ 2) จากด้านบน คาร์บอนแอโนดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศของออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากอะลูมิเนียมออกไซด์ ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ในทางปฏิบัติใช้แอโนดสองประเภท:

ก) แอโนด Zederberg ที่อบด้วยตัวเองซึ่งประกอบด้วยก้อนที่เรียกว่า "ขนมปัง" ของมวล Zederberg (ถ่านหินเถ้าต่ำที่มีน้ำมันดิน 25-35%) ยัดลงในเปลือกอลูมิเนียม ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงมวลขั้วบวกจะถูกเผา (เผา);

b) อบหรือ "ต่อเนื่อง" แอโนดจากบล็อกคาร์บอนขนาดใหญ่ (เช่น 1900 × 600 × 500 มม. น้ำหนักประมาณ 1.1 ตัน)

ความแรงของกระแสไฟฟ้าบนอิเล็กโทรไลต์คือ 150,000 A. พวกมันเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบอนุกรมนั่นคือระบบ (ซีรีย์) ได้รับ - อิเล็กโทรไลต์แถวยาว

แรงดันใช้งานบนอ่างซึ่งเท่ากับ 4-5 V นั้นสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อะลูมิเนียมออกไซด์สลายตัวอย่างมาก เนื่องจากการสูญเสียแรงดันในกระบวนการจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่วนต่างๆระบบต่างๆ ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอะลูมิเนียม 1 ตัน แสดงในรูปที่ 3.

ความสมดุลของวัตถุดิบและพลังงานในการผลิตอลูมิเนียม 1 ตัน

อะลูมิเนียมคลอไรด์อิเล็กโทรลิซิส (วิธีอัลโค)

ในถังปฏิกิริยา อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมคลอไรด์ก่อน จากนั้นในอ่างที่หุ้มฉนวนอย่างแน่นหนา อิเล็กโทรไลซิสของ AlCl3 จะละลายในเกลือหลอมเหลวของ KCl หรือ NaCl คลอรีนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกดูดออกและป้อนเพื่อรีไซเคิล อลูมิเนียมวางอยู่บนแคโทด

ข้อดีของวิธีนี้เหนืออิเล็กโทรไลซิสที่มีอยู่ของของเหลว cryolite-alumina ละลาย (Al2O3 ที่ละลายใน Na3AlF6 cryolite) คือ: ประหยัดพลังงานได้มากถึง 30%; ความเป็นไปได้ของการใช้อะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งไม่เหมาะสำหรับอิเล็กโทรไลซิสแบบเดิม (เช่น Al2O3 ที่มีปริมาณซิลิกอนสูง) แทนที่ไครโอไลต์ราคาแพงด้วยเกลือที่ถูกกว่า ขจัดความเสี่ยงของการปล่อยฟลูออไรด์

การกู้คืนอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยแมงกานีส (วิธี Toth)

เมื่อลดระดับด้วยแมงกานีส อะลูมิเนียมจะถูกปลดปล่อยออกจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ สารปนเปื้อนที่เกี่ยวข้องกับคลอรีนจะถูกปลดปล่อยออกจากกระแสแมงกานีสคลอไรด์โดยการควบแน่นแบบควบคุม เมื่อคลอรีนถูกปล่อยออกมา แมงกานีสคลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแมงกานีสออกไซด์ จากนั้นจึงลดขนาดเป็นแมงกานีสซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานทุติยภูมิ ข้อมูลในสิ่งพิมพ์ที่มีอยู่นั้นไม่ถูกต้องมาก ดังนั้นในกรณีนี้ จำเป็นต้องละทิ้งการประเมินวิธีการ

รับอลูมิเนียมขัดเงา

สำหรับอะลูมิเนียม การกลั่นด้วยไฟฟ้าด้วยการสลายตัวของสารละลายเกลือในน้ำเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเพื่อวัตถุประสงค์บางอย่าง ระดับการทำให้อะลูมิเนียมอุตสาหกรรมบริสุทธิ์ (Al 99.5 - Al 99 ที่ได้จากอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมเหลวของไครโอไลต์-อลูมินานั้นไม่เพียงพอ อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มากขึ้น (Al 99, 99 R) ได้มาจากอะลูมิเนียมอุตสาหกรรมหรือเศษโลหะ โดยการกลั่น วิธีการกลั่นที่มีชื่อเสียงที่สุด - อิเล็กโทรไลต์สามชั้น

การกลั่นด้วยอิเล็กโทรไลซิสสามชั้น

หุ้มด้วยแผ่นเหล็กซึ่งทำงานโดยใช้กระแสตรง (แสดงในรูปที่ 4) อ่างกลั่นประกอบด้วยเตาถ่านที่มีตัวนำกระแสไฟฟ้าและชั้นเคลือบแมกนีเซียมที่ป้องกันความร้อน ตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรไลซิสของไครโอไลต์-อลูมินาที่หลอมเหลว ขั้วบวกที่นี่คือ ตามกฎแล้ว โลหะกลั่นที่หลอมเหลว (ชั้นแอโนดที่ต่ำกว่า) อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยฟลูออไรด์บริสุทธิ์หรือส่วนผสมของแบเรียมคลอไรด์และอะลูมิเนียมและโซเดียมฟลูออไรด์ (ชั้นกลาง) อะลูมิเนียมที่ละลายจากชั้นแอโนดในอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาเหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นแคโทดด้านบน) โลหะบริสุทธิ์ทำหน้าที่เป็นแคโทด กระแสไฟฟ้าถูกส่งไปยังชั้นแคโทดโดยอิเล็กโทรดกราไฟท์

อาบน้ำแร่

อ่างทำงานที่ 750-800 ° C การใช้พลังงาน 20 kW ּ h ต่อ 1 kg อลูมิเนียมบริสุทธิ์กล่าวคือค่อนข้างสูงกว่าอิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมทั่วไป

โลหะแอโนดประกอบด้วย 25-35% Cu; 7-12% สังกะสี; 6-9% ศรี; มากถึง 5% Fe และแมงกานีส นิกเกิล ตะกั่ว และดีบุกจำนวนเล็กน้อย 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

การกลั่นด้วยออร์กาโนอะลูมิเนียม สารประกอบเชิงซ้อนและโซนละลาย

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเกรด A1 99.99 R ได้จากการกลั่นอิเล็กโทรลิซิสของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์หรือบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์โดยใช้สารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมที่ซับซ้อนของอะลูมิเนียมเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรลิซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสระหว่างอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมที่เป็นของแข็ง และหลักการคล้ายกันกับการแยกอิเล็กโทรไลซิสของทองแดง ธรรมชาติของอิเล็กโทรไลต์กำหนดความจำเป็นในการทำงานโดยไม่มีอากาศและที่ความหนาแน่นกระแสไฟต่ำ

อิเล็กโทรไลซิสสำหรับการกลั่นประเภทนี้ ซึ่งใช้ในตอนแรกในระดับห้องปฏิบัติการเท่านั้น ได้ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดเล็กแล้ว - ผลิตโลหะหลายตันต่อปี ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่ได้คือ 99.999-99.9999% ขอบเขตการใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับโลหะที่มีความบริสุทธิ์นี้คือวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยการแช่แข็ง

สามารถใช้วิธีการกลั่นที่พิจารณาแล้วในการชุบด้วยไฟฟ้า

ความบริสุทธิ์ที่สูงกว่า - ในนามสูงถึง A1 99.99999 - สามารถรับได้จากการหลอมโลหะในโซนที่ตามมา เมื่อแปรรูปอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงให้เป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป แผ่นหรือลวด จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเนื่องจากอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโลหะ คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะกลั่นคือการนำไฟฟ้าสูงในบริเวณที่มีอุณหภูมิในการแช่แข็ง

รับอะลูมิเนียมรอง

การรีไซเคิลวัตถุดิบทุติยภูมิและของเสียจากการผลิตมีประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ โลหะผสมรองที่ได้นั้นตอบสนองความต้องการอะลูมิเนียมประมาณ 25% ทั้งหมด

พื้นที่ที่สำคัญที่สุดของการใช้โลหะผสมทุติยภูมิคือการผลิตการหล่อขึ้นรูปอลูมิเนียม ใน DIN 1725 แผ่นที่ 2 และเกรดโลหะผสมมาตรฐาน มีการแสดงรายการโลหะผสมหลายเกรดที่ผลิตโดยโรงหล่อ รายชื่อโลหะผสมที่ผลิตโดยโรงงานเหล่านี้ประกอบด้วยโลหะผสมที่ไม่ได้มาตรฐานบางชนิด

การเตรียมเศษอลูมิเนียมอย่างไร้ที่ติในสัดส่วนที่หลากหลายสามารถทำได้ในโรงถลุงที่มีอุปกรณ์พิเศษเท่านั้น แนวคิดของกระบวนการทำงานที่ซับซ้อนในโรงงานดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 5.

รับอะลูมิเนียมรอง

ของเสียจะถูกหลอมใหม่หลังจากการคัดแยกเบื้องต้นคร่าวๆ เหล็ก นิกเกิล หรือทองแดงที่มีอยู่ในของเสียเหล่านี้ ซึ่งมีจุดหลอมเหลวซึ่งสูงกว่าจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียม ยังคงอยู่ในเตาหลอมที่มีจุดหลอมเหลวระหว่างการหลอม และหลอมอะลูมิเนียม ในการกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ออกไซด์ ไนไตรด์ คาร์ไบด์หรือก๊าซจากของเสีย การบำบัดโลหะหลอมเหลวด้วยเกลือ หรือการชะล้าง (ซึ่งมีเหตุผลกว่า) ด้วยแก๊ส-คลอรีนหรือไนโตรเจน

ในการกำจัดสิ่งเจือปนของโลหะออกจากการหลอมเหลวนั้น วิธีการต่าง ๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เช่น สารเติมแต่งแมกนีเซียมและวิธีสุญญากาศ - วิธีเบ็คเช่ การเติมสังกะสีหรือปรอทตามด้วยการอพยพ - วิธีซับฮาโลเจน การกำจัดแมกนีเซียมถูกจำกัดด้วยการนำคลอรีนเข้าไปในโลหะหลอมเหลว ด้วยการแนะนำสารเติมแต่ง ซึ่งกำหนดอย่างแม่นยำโดยองค์ประกอบของการหลอม จะได้รับโลหะผสมการหล่อที่กำหนด

การผลิตอลูมิเนียมเกรดอุตสาหกรรม

วิธีการอิเล็กโทรไลต์เป็นวิธีเดียวที่ใช้ทั่วโลกในการผลิตโลหะอลูมิเนียมเกรดทางเทคนิค วิธีการอื่นๆ ทั้งหมด (ความร้อนจากสังกะสี ความร้อนของคาร์ไบด์ ซับคลอไรด์ ไนไตรด์ ฯลฯ) ซึ่งอะลูมิเนียมสามารถสกัดได้จากแร่อะลูมิเนียม ได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการและมาตราส่วนนำร่อง แต่ยังไม่พบการใช้งานจริง

เพื่อให้ได้โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิกอน วิธีการไฟฟ้าความร้อนซึ่งได้รับการพัฒนาครั้งแรกและดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมในสหภาพโซเวียตนั้นประสบความสำเร็จ ประกอบด้วยสองขั้นตอน: ในขั้นตอนแรกโลหะผสมอลูมิเนียม - ซิลิกอนหลักที่มีเนื้อหา 60-63% Al ได้มาจากการลดแร่อะลูมิเนียมซิลิกอนโดยตรงในเตาไฟฟ้าความร้อนแร่ ในขั้นตอนที่สอง โลหะผสมหลักจะถูกเจือจางด้วยอะลูมิเนียมเชิงพาณิชย์ เพื่อให้ได้ซิลูมินและโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิกอนที่หล่อและขึ้นรูปอื่นๆ กำลังดำเนินการวิจัยเพื่อแยกอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ทางเทคนิคออกจากโลหะผสมหลัก

โดยทั่วไป การผลิตอะลูมิเนียมโดยวิธีอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ การผลิตอลูมินา (อลูมินา) จากแร่อะลูมิเนียม การผลิตเกลือฟลูออไรด์ (ไครโอไลต์ อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ และโซเดียมฟลูออไรด์) การผลิตมวลคาร์บอนแอโนด แอโนดคาร์บอนอบและแคโทด บล็อกและวัสดุบุอื่น ๆ รวมถึงการผลิตอลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าจริงซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของโลหะวิทยาอลูมิเนียมสมัยใหม่

โดยทั่วไปสำหรับการผลิตอลูมินา เกลือฟลูออไรด์ และผลิตภัณฑ์คาร์บอนเป็นข้อกำหนดสำหรับระดับความบริสุทธิ์สูงสุดของวัสดุเหล่านี้ เนื่องจากไครโอลิธิก-อลูมินาที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้าไม่ควรมีสิ่งเจือปนของธาตุที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม ซึ่งถูกปลดปล่อยที่ แคโทดในตอนแรกจะปนเปื้อนโลหะ

ในอลูมินาเกรด G-00, G-0 และ G-1 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการแยกกระแสไฟฟ้า เนื้อหาของ SiO2 คือ 0.02-0.05% และ Fe2O3 - 0.03-0.05% Cryolite ประกอบด้วย SiO2 เฉลี่ย 0.36-0.38% และ Fe2O3 0.05-0.06% อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ 0.30-0.35% (SiO2 + Fe2O3) มวลขั้วบวกประกอบด้วย SiO2 ไม่เกิน 0.25% และ Fe2O3 0.20%

แร่อะลูมิเนียมที่สำคัญที่สุดที่สกัดอลูมินาคือบอกไซต์ ในบอกไซต์อลูมิเนียมมีอยู่ในรูปของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ในสหภาพโซเวียต นอกจากแร่อะลูมิเนียมแล้ว หินเนฟีลีนยังใช้ในการผลิตอลูมินา - โซเดียมและโพแทสเซียมอะลูมิโนซิลิเกต เช่นเดียวกับหินอลูไนต์ ซึ่งพบอะลูมิเนียมในรูปของซัลเฟต วัตถุดิบสำหรับการผลิตมวลแอโนดและบล็อกแอโนดอบเป็นถ่านกัมมันต์ วัสดุสะอาด- ปิโตรเลียมหรือพิตช์โค้กและถ่านหินทาร์พิตช์เป็นสารยึดเกาะ และสำหรับการผลิตไครโอไลต์และเกลือฟลูออไรด์อื่นๆ - แคลเซียมฟลูออไรด์ (ฟลูออไรด์)

ในการผลิตด้วยไฟฟ้าของอลูมิเนียมอลูมินา Al2O3 ที่ละลายในไครโอไลต์ Na3AlF6 ที่หลอมเหลวจะถูกย่อยสลายทางไฟฟ้าเคมีด้วยการปล่อยประจุบวกของอะลูมิเนียมที่แคโทด (อะลูมิเนียมเหลว) และไอออนที่มีออกซิเจน (ไอออนของออกซิเจน) ที่ขั้วบวกของคาร์บอน

ตามแนวคิดสมัยใหม่ cryolite ในสถานะหลอมเหลวจะแยกตัวออกเป็นไอออนและ: และอลูมินา - เป็นไอออนเชิงซ้อนและ: ซึ่งอยู่ในสมดุลกับไอออนอย่างง่าย:,

กระบวนการหลักที่เกิดขึ้นที่แคโทดคือการลดไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนต์: Al3+ + 3e → Al (I)

ควบคู่ไปกับกระบวนการหลัก การปล่อยไอออนอะลูมิเนียมไตรวาเลนท์ที่ไม่สมบูรณ์เป็นไปได้ด้วยการก่อตัวของไอออนโมโนวาเลนต์: Al3+ + 2e → Al+ (II) และสุดท้าย การปล่อยไอออนโมโนวาเลนต์ด้วยการปล่อยโลหะ: Al+ + e → Al (III ).

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (ความเข้มข้นค่อนข้างสูงของไอออน Na+ อุณหภูมิสูง ฯลฯ) โซเดียมไอออนสามารถถูกปลดปล่อยออกมาได้ด้วยการปลดปล่อยโลหะ: Na+ + e → Na (IV) ปฏิกิริยา (II) และ (IV) ทำให้ประสิทธิภาพอลูมิเนียมในปัจจุบันลดลง

ไอออนของออกซิเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของคาร์บอน: 2O2– – 4e → O2 อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมาในรูปแบบอิสระ เนื่องจากออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนของแอโนดเพื่อสร้างส่วนผสมของ CO2 และ CO

ปฏิกิริยาโดยรวมที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถแสดงได้โดยสมการ Al2O3 + xC ↔ 2Al + (2x–3)CO + (3–x)CO2

องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียมอุตสาหกรรมนอกเหนือจากส่วนประกอบหลัก - cryolite อะลูมิเนียมฟลูออไรด์และอลูมินารวมถึงเกลืออื่น ๆ จำนวนเล็กน้อย (มากถึง 8-9%) - CaF2, MgF2, NaCl และ LiF ( สารเติมแต่ง) ซึ่งปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีบางอย่างของอิเล็กโทรไลต์และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ ปริมาณอลูมินาสูงสุดในอิเล็กโทรไลต์มักจะอยู่ที่ 6-8% ซึ่งลดลงระหว่างอิเล็กโทรไลซิส เมื่ออิเล็กโทรไลต์กลายเป็นอลูมินาหมด จะมีการนำอลูมินาอีกส่วนหนึ่งเข้าไป สำหรับการใช้งานปกติของอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลเซอร์ อัตราส่วน NaF:AlF3 ในอิเล็กโทรไลต์จะยังคงอยู่ภายใน 2.7-2.8 โดยการเพิ่มส่วนของไครโอไลต์และอะลูมิเนียมฟลูออไรด์
ในการผลิตอลูมิเนียม อิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบเองได้และแหล่งจ่ายกระแสไฟด้านข้างหรือด้านบนถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดคาร์บอนที่อบไว้ล่วงหน้า การออกแบบที่มีแนวโน้มมากที่สุดของอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดแบบอบ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุของยูนิต ลดการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเฉพาะสำหรับอิเล็กโทรลิซิส ให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น ปรับปรุงสภาพการทำงานที่ถูกสุขอนามัยและถูกสุขอนามัย และลดการปล่อยสารอันตรายเข้าสู่ บรรยากาศ.

อะลูมิเนียมขั้นต้นที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (อะลูมิเนียมดิบ) มีสิ่งเจือปนจำนวนหนึ่งที่สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: อโลหะ (เกลือฟลูออรีน, α- และ γ-อลูมินา, อะลูมิเนียมคาร์ไบด์และไนไตรด์, อนุภาคถ่านหินที่กักขังทางกลไกเมื่อเทโลหะจาก อิเล็กโทรไลเซอร์ ); โลหะ (เหล็ก ซิลิกอน) ที่มาจากวัตถุดิบ วัสดุถ่านหิน และองค์ประกอบโครงสร้างของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ก๊าซ - ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนซึ่งเกิดขึ้นในโลหะอันเป็นผลมาจากการสลายตัวด้วยไฟฟ้าของน้ำที่เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ด้วยวัตถุดิบ

ของเจือปนของโลหะ นอกจากเหล็กและซิลิกอนแล้ว ยังมีแกลเลียม สังกะสี ไททาเนียม แมงกานีส โซเดียม วาเนเดียม โครเมียม ทองแดง ในปริมาณมากที่สุด

แหล่งที่มาหลักของโลหะเจือปนในอะลูมิเนียมคืออลูมินา ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุดิบ อาจมีแกลเลียม สังกะสี โพแทสเซียม ฟอสฟอรัส กำมะถัน วานาเดียม ไททาเนียม และโครเมียม วัสดุที่เป็นคาร์บอน (มวลแอโนด แอโนดอบ ผลิตภัณฑ์แคโทด) เป็นแหล่งของสิ่งเจือปนขนาดเล็ก เช่น วาเนเดียม ไททาเนียม แมงกานีส สังกะสี

ด้วยอิเล็กโทรลิซิสของไครโอไลต์-อลูมินาหลอม หากใช้วัสดุตั้งต้นที่บริสุทธิ์ (โดยหลักคืออลูมินาและวัสดุคาร์บอน) เป็นไปได้ที่จะได้อะลูมิเนียมดิบเกรด A85 และ A8 (99.85 และ 99.80%) ส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดของโลหะในเกรดเหล่านี้ (60-70% ของผลผลิตทั้งหมด) ได้มาจากอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดอบ เช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีการจ่ายกระแสด้านข้าง (มากถึง 70% ของ การผลิตทั้งหมด). สำหรับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีแอโนดแบบอบเองและตัวนำกระแสไฟบน เอาต์พุตของอะลูมิเนียมดิบ A8 นั้นต่ำ (1-3%) และไม่สามารถรับโลหะเกรด A85 ได้เนื่องจากเหล็กเจือปนที่มีนัยสำคัญเข้าสู่อะลูมิเนียมจากวัสดุที่ไม่ใช่วัตถุดิบ (พินแอโนด) , ส่วนเหล็กหล่อของตัวสะสมก๊าซ) , เครื่องมือเทคโนโลยี, หน่วยแคโทด)

อะลูมิเนียมขั้นปฐมที่หลอมละลาย ซึ่งสกัดจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยใช้ทัพพีสุญญากาศ เข้าสู่โรงหล่อเพื่อกลั่นสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและในก๊าซ และแปรรูปต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่วางตลาด (หมู แท่งทรงกระบอกและแท่งแบน เหล็กลวด ฯลฯ) ก่อนเท อลูมิเนียมดิบจะถูกเก็บไว้ในสถานะหลอมเหลวในเตาหลอมแบบต้านทานไฟฟ้า (เครื่องผสม) หรือในเตาหลอมแบบใช้แก๊ส ในเตาเผาเหล่านี้ ไม่เพียงแต่จะผสมส่วนผสมของอะลูมิเนียมเหลวขององค์ประกอบต่างๆ อย่างมีเหตุผล แต่ยังทำให้บริสุทธิ์บางส่วนจากการเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ฟิล์มออกไซด์ และโซเดียมด้วย

การเทอลูมิเนียมจากเครื่องผสมลงในแท่งโลหะจะดำเนินการโดยใช้เครื่องหล่อแบบสายพานลำเลียง แท่งทรงกระบอกและแท่งแบนผลิตโดยการหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง และมีการใช้หน่วยการหล่อและการรีดแบบพิเศษร่วมกันในการผลิตเหล็กลวด

ที่โรงงานอลูมิเนียมในประเทศ เมื่อทำการหล่อหลอม อลูมิเนียมที่มาจากเครื่องผสมเข้าสู่แม่พิมพ์ของเครื่องหล่อจะถูกกรองแบบง่ายที่สุด - การกรองแบบหลอมละลายผ่านตะแกรงแก้วที่มีเซลล์ขนาดตั้งแต่ 0.6 × 0.6 ถึง 1.7 × 1.7 มม. . วิธีนี้ช่วยให้คุณทำความสะอาดอะลูมิเนียมจากการรวมออกไซด์ที่หยาบมากเท่านั้น วิธีการที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นในการกรองของเหลวที่หลอมละลายผ่านตาข่ายแก้วในลักษณะไหลขึ้น ด้วยวิธีกรองนี้ อนุภาคของออกไซด์เจือปนที่ชนกับกริดจะไม่ถูกจับโดยกระแสหลอม แต่จะถูกฝากไว้ที่ด้านล่างของรางหล่อ

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พร้อมกัน ทั้งจากสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและจากไฮโดรเจน ใช้วิธีการกรองผ่านตัวกรองฟลักซ์ร่วมกับการขจัดไนโตรเจนได้สำเร็จ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดของอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลเซอร์สามารถใช้เป็นฟลักซ์ได้ ปริมาณไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมจึงลดลงจาก 0.22 เป็น 0.16 ซม. 3 ต่อโลหะ 100 กรัม

ในอะลูมิเนียมขั้นต้นที่ใช้สำหรับการผลิตโลหะผสมของระบบ Al-Mg ปริมาณโซเดียมไม่ควรเกิน 0.001% เนื่องจากการมีอยู่ของโซเดียมในโลหะผสมเหล่านี้ทำให้คุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติการทำงานอื่นๆ ของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศแย่ลง

ที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพการกลั่นอลูมิเนียมพร้อมกันจากโซเดียม ไฮโดรเจน และสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะคือการเป่าโลหะหลอมเหลวที่มีส่วนผสมของก๊าซไนโตรเจนกับคลอรีน 2-10% นำเข้าสู่การหลอมในรูปของฟองอากาศขนาดเล็กโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ วิธีการกลั่นนี้ทำให้สามารถลดปริมาณโซเดียมในอะลูมิเนียมลงเหลือ 0.0003-0.001% ที่การใช้ก๊าซผสม 0.8 ถึง 1.5 m3/t ของโลหะ

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าสำหรับการผลิตอลูมิเนียมขายได้ 1 ตันจากโลหะดิบโดยใช้เตาไฟฟ้าคือ 150-200 กิโลวัตต์ ּ ชั่วโมง; การสูญเสียโลหะที่แก้ไขไม่ได้ในโรงหล่อมีค่าเท่ากับ 1.5-5% ขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ในท้องตลาด

รับอลูมิเนียม ความบริสุทธิ์สูง

เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (เกรด A995-A95) อะลูมิเนียมขั้นต้นที่มีความบริสุทธิ์ทางเทคนิคจะได้รับการกลั่นด้วยไฟฟ้า ทำให้สามารถลดเนื้อหาของโลหะและก๊าซเจือปนในอะลูมิเนียมได้ และทำให้ค่าการนำไฟฟ้า ความเหนียว การสะท้อนแสง และความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าทำได้โดยวิธีอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวในวิธีสามชั้น สาระสำคัญของวิธีการมีดังนี้ มีสามชั้นหลอมเหลวในเซลล์การกลั่น อันล่างที่หนักที่สุดอยู่ด้านล่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นแอโนด เรียกว่าโลหะผสมแอโนดและเป็นโลหะผสมของอลูมิเนียมขัดสีกับทองแดงซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ชั้นหนักขึ้น ชั้นกลางเป็นอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว ความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดและสูงกว่าความหนาแน่นของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ (แคโทด) ที่บริสุทธิ์ซึ่งอยู่เหนืออิเล็กโทรไลต์ (ชั้นของเหลวด้านบนและชั้นที่สาม)

ในระหว่างการละลายขั้วบวก สิ่งเจือปนทั้งหมดจะมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (Fe, Si, Ti, Cu เป็นต้น) จะยังคงอยู่ในโลหะผสมขั้วบวกโดยไม่ผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ เฉพาะอะลูมิเนียมเท่านั้นที่จะละลาย anodically ซึ่งผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ในรูปของไอออน Al3+: Al – 3e → Al3+

ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส อะลูมิเนียมไอออนจะถูกถ่ายโอนไปยังแคโทด โดยจะคายประจุออกมา: Al3+ + 3e → Al เป็นผลให้ชั้นของอลูมิเนียมกลั่นหลอมเหลวสะสมบนแคโทด

หากสิ่งเจือปนมีประจุไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม (เช่น Ba, Na, Mg, Ca) มีอยู่ในโลหะผสมของแอโนด ก็สามารถละลายด้วยไฟฟ้าเคมีบนแอโนดร่วมกับอะลูมิเนียมและผ่านเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ในรูปของไอออน เนื่องจากเนื้อหาของสิ่งเจือปนที่เป็นอิเล็กโตรเนกาทีฟในอะลูมิเนียมดิบมีปริมาณต่ำ จึงไม่สะสมในปริมาณที่ประเมินค่าได้ในอิเล็กโทรไลต์ การปล่อยไอออนเหล่านี้ที่แคโทดแทบไม่เกิดขึ้น เนื่องจาก ศักย์ไฟฟ้ามีค่าไฟฟ้ามากกว่าอะลูมิเนียม

ในฐานะที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ในการกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าในสหภาพโซเวียตและในประเทศส่วนใหญ่ มีการใช้อิเล็กโทรไลต์ฟลูออไรด์คลอไรด์ซึ่งมีองค์ประกอบคือ 55-60% BaCl2, 35-40% AlF4 + NaF และ 0-4% NaCl . อัตราส่วนโมลาร์ของ NaF:AlF3 รองรับ 1.5-2.0; จุดหลอมเหลวของอิเล็กโทรไลต์ 720-730 องศาเซลเซียส; อุณหภูมิของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสอยู่ที่ประมาณ 800 องศาเซลเซียส ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์ 2.7 ก./ซม.3

โลหะผสมแอโนดเตรียมจากอะลูมิเนียมขั้นต้นและทองแดงบริสุทธิ์ (99.90-99.95% Cu) ซึ่งนำเข้าสู่โลหะในปริมาณ 30-40% ความหนาแน่นของโลหะผสมแอโนดเหลวขององค์ประกอบนี้คือ 3-3.5 g/cm3; ความหนาแน่นของอะลูมิเนียมแคโทดหลอมเหลวบริสุทธิ์คือ 2.3 g/cm3 ด้วยอัตราส่วนของความหนาแน่นนี้ เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแยกชั้นหลอมเหลวที่ดีทั้งสามชั้นจะถูกสร้างขึ้น

ในระบบควอเทอร์นารี Al-Cu-Fe-Si ซึ่งเป็นโลหะผสมของแอโนด ยูเทคติกจะก่อตัวขึ้นโดยมีจุดหลอมเหลว 520 องศาเซลเซียส โดยการหล่อเย็นโลหะผสมแอโนดที่มีสิ่งเจือปนของเหล็กและซิลิกอนในปริมาณที่สูงกว่าความเข้มข้นของยูเทคติก จึงสามารถแยกธาตุเหล็กและซิลิกอนออกเป็นเฟสของแข็งในรูปแบบของสารประกอบระหว่างโลหะ FeSiAl5 และ Cu2FeAl7 เนื่องจากอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในกระเป๋าเซลล์นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิของโลหะผสมแอโนดในพื้นที่ทำงานของอ่าง 30-40 องศาเซลเซียส คราบระหว่างโลหะที่เป็นของแข็งจะถูกปล่อยออกมา (เนื่องจากเหล็กและซิลิกอนสะสมอยู่ในแอโนด โลหะผสม) โดยการกำจัดตะกอนเหล่านี้ออกเป็นระยะ โลหะผสมแอโนดจะถูกทำความสะอาด (ไม่มีการต่ออายุ) จากสิ่งสกปรกของเหล็กและซิลิกอน เนื่องจากแกลเลียมมีความเข้มข้นในโลหะผสมแอโนด ตะกอนที่สกัดจากอิเล็กโทรไลเซอร์ (30-40 กก. ต่ออะลูมิเนียม 1 ตัน) สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งเพื่อให้ได้โลหะนี้

สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะใช้อิเล็กโทรไลเซอร์ซึ่งในการออกแบบคล้ายกับอิเล็กโทรไลต์ที่มีแอโนดอบสำหรับการผลิตอิเล็กโทรไลต์ของอลูมิเนียมขั้นต้น แต่มีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันของเสา: เตาทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและ แถวบนสุดอิเล็กโทรด - แคโทด อิเล็กโทรไลเซอร์สมัยใหม่สำหรับการกลั่นด้วยไฟฟ้าของอะลูมิเนียมได้รับการออกแบบสำหรับกระแสสูงถึง 75 kA

ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าเคมีที่คำนวณจากโลหะที่เทจากอิเล็กโทรไลต์คือ 97-98% เอาต์พุตปัจจุบันจริง ซึ่งคำนวณโดยปริมาณโลหะเชิงพาณิชย์คือ 92-96%

ปัจจัยหลักที่ลดประสิทธิภาพในปัจจุบัน นอกเหนือจากการสูญเสียกระแสตรงเนื่องจากการคายประจุของอิเลคโตรเนกาติตีที่มากขึ้น การสูญเสียโลหะอันเนื่องมาจากการเกิดออกซิเดชันและการสูญเสียทางกลของอะลูมิเนียม คือ การทำงานของอิเล็กโทรไลเซอร์ด้วยการปล่อยโลหะนอกเกรด ซึ่งจะถูกส่งกลับไปยังโลหะผสมแอโนดอีกครั้งสำหรับการกลั่นในภายหลัง ช่วงเวลาการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้เกิดขึ้นในระหว่างการเริ่มต้นของอิเล็กโทรไลเซอร์และการละเมิดระบอบเทคโนโลยี

การกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในกระแสสลับรวมถึงพลังงานที่ใช้ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์และโลหะผสมแอโนดการทำงานของอุปกรณ์ระบายอากาศและยานพาหนะตลอดจนความสูญเสียในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงคือ 18.5-21. พันกิโลวัตต์ ּ ชั่วโมง ต่ออลูมิเนียม 1 ตัน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของการกลั่นอิเล็กโทรไลต์ไม่เกิน 5-7% กล่าวคือ 93-95% ของพลังงานถูกใช้ไปในรูปของการสูญเสียความร้อนซึ่งส่วนใหญ่ปล่อยออกมาในชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ประมาณ 80-85% ของความร้อนทั้งหมดอินพุต) ดังนั้น วิธีหลักในการลดการใช้พลังงานเฉพาะสำหรับการกลั่นอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้าคือการปรับปรุงฉนวนความร้อนของอิเล็กโทรไลเซอร์ (โดยเฉพาะส่วนบนของโครงสร้าง) และลดชั้นอิเล็กโทรไลต์ (ลดระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด)

ความบริสุทธิ์ของอลูมิเนียมที่กลั่นด้วยวิธีสามชั้น 99.995%; มันถูกกำหนดโดยความแตกต่างจากสิ่งเจือปนหลักห้าประการ - เหล็ก ซิลิกอน ทองแดง สังกะสีและไททาเนียม ปริมาณโลหะของเกรดนี้ที่ได้รับสามารถเป็น 45-48% ของผลผลิตทั้งหมด (โดยไม่ผสมกับเกรดที่ต่ำกว่า)

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าจะมีสิ่งเจือปนของโลหะอื่นน้อยกว่า ซึ่งลดความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมดังกล่าวลง การวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีทำให้สามารถตรวจจับสิ่งเจือปนได้มากถึง 30 รายการในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าแล้ว ซึ่งมีปริมาณรวมประมาณ 60 ּ 10–4% ดังนั้นความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมกลั่นที่แตกต่างจากสิ่งเจือปนเหล่านี้จึงอยู่ที่ 99.994%

นอกเหนือจากสิ่งเจือปนที่ GOST จัดหาให้ (ดูตารางที่ 1.1) แบรนด์ทั่วไป (A99) ของอลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าประกอบด้วย%: Cr 0.00016; วี 0.0001; กา 0.0006; PB 0.002; สน 0.00005; แคลิฟอร์เนีย 0.002-0.003; นา 0.001-0.008; Mn 0.001-0.007; มก. 0.001-0.007; เนื่องจาก<0,0001; Sb<0,00002; Bi<0,00001; Cd<0,000001; S 0,0007.

สาเหตุหนึ่งของการปนเปื้อนของอะลูมิเนียมแคโทดคือตัวนำกราไฟท์ดาวน์ที่มีเหล็กและซิลิกอนออกไซด์และสัมผัสกับอะลูมิเนียมกลั่นอย่างต่อเนื่อง หากกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับอะลูมิเนียมแคโทดโดยตรงโดยบัสบาร์อะลูมิเนียม และใช้เครื่องมือที่ทำจากกราไฟท์ที่บริสุทธิ์มาก เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.999% โดยความแตกต่างกับสิ่งเจือปนที่ตรวจจับได้ (Fe, Si, Cu, Zn และ Ti ). โลหะนี้มีค่าเฉลี่ย %: Si 0.0002; เฟ 0.00032; ลูกบาศ์ก 0.0002; Zn 0.0002 และ Ti 0.00005 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางเทคนิค วิธีการจ่ายกระแสไฟนี้จึงยังไม่พบการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง

รับอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง

อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูง (เกรด A999) สามารถรับได้สามวิธี: การหลอมแบบโซน การกลั่นผ่านซับฮาไลด์ และการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม จากวิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงข้างต้น วิธีการหลอมโซนได้รับการใช้งานจริงในสหภาพโซเวียตแล้ว

หลักการของการหลอมโซนประกอบด้วยการเคลื่อนตัวของโซนหลอมเหลวหลายครั้งตามแท่งอลูมิเนียม ตามค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย K=Stv/Szh (โดยที่ Stv คือความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในเฟสของแข็งและ Cf - ในสถานะของเหลว) ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดประสิทธิภาพของการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก สิ่งสกปรกเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม กลุ่มแรกประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่ลดจุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม พวกเขามี k<1, при зонной плавке концентрируются в расплавленной зоне и переносятся ею к конечной части слитка. К числу этих примесей принадлежат Ga, Sn, Be, Sb, Ca, Th, Fe, Co, Ni, Ce, Te, Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge, Zn. Ко второй группе принадлежат примеси, повышающие темпера­туру плавления алюминия; они характеризуют­ся К>1 และในระหว่างการหลอมโซนจะเข้มข้นในส่วนที่เป็นของแข็ง (เริ่มต้น) ของแท่งโลหะ สิ่งเจือปนเหล่านี้รวมถึง Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. กลุ่มที่สามรวมถึงสิ่งเจือปนที่มีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายใกล้กับเอกภาพมาก (Mn, Sc) สารเจือปนเหล่านี้จะไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการหลอมโซนอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมสำหรับหลอมโซนต้องเตรียมการบางอย่าง ซึ่งประกอบด้วยการกรอง การแยกก๊าซออก และการดอง จำเป็นต้องมีการกรองเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ที่ทนไฟและทนทานซึ่งกระจายอยู่ในโลหะออกจากอลูมิเนียม อลูมินาที่มีอยู่ในอะลูมิเนียมหลอมเหลวสามารถสร้างศูนย์กลางการตกผลึกในระหว่างการแข็งตัว ซึ่งนำไปสู่การผลิตแท่งคริสตัลไลน์และการหยุดชะงักของผลกระทบของการกระจายสิ่งสกปรกระหว่างโลหะแข็งกับโซนหลอมเหลว อลูมิเนียมถูกกรองในสุญญากาศ (แรงดันตกค้าง 0.1-0.4 Pa) ผ่านรูที่ด้านล่างของเบ้าหลอมกราไฟท์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5-2 มม. การกำจัดแก๊สอะลูมิเนียมเบื้องต้นก่อนการหลอมโซน (รวมถึงการให้ความร้อนในสุญญากาศด้วย) จะดำเนินการเพื่อป้องกันการกระเด็นของโลหะระหว่างการหลอมโซนในกรณีที่ดำเนินการในสุญญากาศสูง ขั้นตอนสุดท้ายในการเตรียมอลูมิเนียมสำหรับการหลอมโซนคือการกัดพื้นผิวด้วยส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและกรดไนตริก

เนื่องจากอะลูมิเนียมมีกิจกรรมทางเคมีที่สำคัญ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกราไฟต์บริสุทธิ์ถูกใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับคอนเทนเนอร์ (เรือ) การหลอมโซนของอะลูมิเนียมจะดำเนินการในสุญญากาศหรือในบรรยากาศก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ฮีเลียม)

การหลอมแบบโซนในสุญญากาศทำให้อะลูมิเนียมมีความบริสุทธิ์สูงเนื่องจากการระเหยของสิ่งเจือปนบางอย่างในระหว่างการดูดฝุ่น (โลหะแมกนีเซียม สังกะสี แคดเมียม อัลคาไล และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท) และยังไม่รวมการปนเปื้อนของโลหะบริสุทธิ์ที่มีสิ่งเจือปนอันเป็นผลมาจากการใช้ ป้องกันก๊าซเฉื่อย การหลอมอะลูมิเนียมแบบโซนในสุญญากาศสามารถทำได้ด้วยการอพยพอย่างต่อเนื่องของหลอดควอทซ์ โดยวางเรือกราไฟต์ที่มีแท่งอลูมิเนียมไว้ เช่นเดียวกับหลอดควอตซ์ที่ปิดสนิท ซึ่งอากาศจะถูกอพยพในขั้นต้นไปยังความดันที่เหลือ ประมาณ 1 ּ 10–3 Pa

ในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งอลูมิเนียมในระหว่างการหลอมโซน สามารถใช้ความร้อนโดยใช้เตาเผาที่มีความต้านทานขนาดเล็กหรือกระแสความถี่สูง แหล่งจ่ายไฟของเตาต้านทานไฟฟ้าไม่ต้องการอุปกรณ์ที่ซับซ้อน เตาเผานั้นใช้งานง่าย ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของวิธีการให้ความร้อนนี้คือการทำความสะอาดส่วนตัดขวางเล็กๆ ของแท่งอลูมิเนียม

การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำด้วยกระแสความถี่สูงเป็นวิธีที่เหมาะที่สุดในการสร้างโซนหลอมเหลวบนแท่งโลหะในการหลอมโซน วิธีการให้ความร้อนความถี่สูง (นอกเหนือจากความจริงที่ว่าโซนละลายของแท่งโลหะส่วนใหญ่) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญที่โลหะหลอมเหลวจะถูกผสมอย่างต่อเนื่องในโซน สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของอะตอมของสิ่งเจือปนจากด้านหน้าการตกผลึกไปยังความลึกของการหลอมเหลว

เป็นครั้งแรกที่โรงงานผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการหลอมแบบโซนถูกควบคุมโดยโรงงานอะลูมิเนียม Volkhov ในปี 1965 โดยใช้หน่วย UZPI-3 ที่พัฒนาโดย VAMI เป็นครั้งแรก การตั้งค่านี้ได้รับการติดตั้งควอตซ์ retorts แบบเหนี่ยวนำความร้อนสี่แบบ โดยตัวเหนี่ยวนำสามารถเคลื่อนที่ได้และภาชนะโลหะอยู่กับที่ ผลผลิตคือโลหะ 20 กก. ต่อรอบการทำความสะอาด ต่อจากนั้น การติดตั้งโลหะทั้งหมด UZPI-4 ที่มีประสิทธิภาพสูงได้ถูกสร้างขึ้นและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในปี 1972 ที่โรงงานอะลูมิเนียม Volkhov

ประสิทธิภาพของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในระหว่างการหลอมโซนสามารถจำแนกได้โดยใช้ข้อมูลต่อไปนี้ หากเนื้อหารวมของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่ผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าคือ (30÷60) ּ 10–4% จากนั้นหลังจากการหลอมโซน จะลดลงเป็น (2.8÷3.2) ּ 10–4% เช่นใน 15-20 ครั้ง ซึ่งสอดคล้องกับความต้านทานไฟฟ้าตกค้างของอะลูมิเนียม ρ ○ (ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว 4.2 K) ตามลำดับ (20÷40) ּ 10–10 และ (1.8÷2.1) ּ 10–10 หรือความบริสุทธิ์ 99.997-99.994 และ 99, 9997 %. ในตาราง. 1.4 (ดูด้านล่าง) แสดงข้อมูลการวิเคราะห์กัมมันตภาพรังสีเกี่ยวกับเนื้อหาของสิ่งเจือปนบางอย่างในอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ตามโซนและการกลั่นด้วยไฟฟ้า ข้อมูลเหล่านี้บ่งชี้ว่าปริมาณสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ลดลงอย่างมาก แม้ว่าสิ่งเจือปน เช่น แมงกานีสและสแกนเดียมจะไม่ถูกกำจัดออกไปในระหว่างการหลอมโซน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา VAMI ได้พัฒนาและทดสอบภายใต้สภาวะอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% โดยวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคด สาระสำคัญของวิธีการหลอมละลายโซนคาสเคดคือการทำให้อะลูมิเนียมดั้งเดิมที่มีความบริสุทธิ์ A999 บริสุทธิ์โดยการทำซ้ำรอบ (การเรียงซ้อน) ของแถบโซนอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้ วัสดุต้นทางของแต่ละน้ำตกที่ตามมาคือส่วนตรงกลางและบริสุทธิ์ที่สุดของแท่งโลหะที่ได้รับจากรอบการทำความสะอาดครั้งก่อน

เพื่อให้ได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ 99.9999% ก็เพียงพอที่จะทำการหลอมโซนสองครั้ง จำนวนขั้นที่เพิ่มขึ้นอีกไม่ได้เพิ่มความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียม แม้ว่าจะเพิ่มผลผลิตโดยรวมของโลหะด้วยความบริสุทธิ์ 99.9999%

กระบวนการที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งในการได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงคือการกลั่นผ่านซับฮาไลด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านอะลูมิเนียม ซับฟลูออไรด์

ความดันไออิ่มตัวของอะลูมิเนียมที่เป็นโลหะนั้นไม่สูงพอที่จะกลั่นโดยตรงในอัตราที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อให้ความร้อนในสุญญากาศ (ที่ 1,000–1050 °C) ด้วย AlF3 อะลูมิเนียมจะก่อตัวเป็น subfluoride AlF ที่มีความผันผวนสูง ซึ่งกลั่นเข้าไปในเขตเย็น (800 °C) ซึ่งจะสลายตัวอีกครั้ง (ไม่สมส่วน) ด้วยการปล่อยสารบริสุทธิ์ อลูมิเนียม

ความเป็นไปได้ของการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์อย่างล้ำลึกจากสิ่งเจือปนนั้นมีสาเหตุหลักมาจากความจริงที่ว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยของอะลูมิเนียมนั้นมากกว่าความน่าจะเป็นของการก่อตัวของสารประกอบย่อยสิ่งเจือปน

เนื้อหาของสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียมที่กลั่นผ่านซับฟลูออไรด์มีความสัมพันธ์ผกผันกับมวลของแท่งโลหะที่เป็นผลลัพธ์ ในแท่งโลหะที่มีน้ำหนัก 1.5-1.7 กก. ปริมาณรวมของสิ่งเจือปน (Si, Fe, Cu, Mg) คือ 11 ּ 10–4% และเนื้อหาของก๊าซคือ 0.007 cm3 / 100 g ความต้านทานตกค้างเฉพาะ (ρ ○) ที่ ฮีเลียมอุณหภูมิของเหลวสำหรับโลหะดังกล่าวคือ (1.7 ÷ 2.0) ּ 10–10 Ω ּ ซม. การกลั่นอลูมิเนียมผ่านซับฟลูออไรด์มีข้อเสียหลายประการ (ผลผลิตค่อนข้างต่ำ การทำให้บริสุทธิ์จากแมกนีเซียมในระดับลึกไม่เพียงพอ ฯลฯ ) ดังนั้นวิธีการ ยังไม่ได้รับการพัฒนาอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมเชิงซ้อน ซึ่งมีความแตกต่างกันในองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างเช่น ในประเทศเยอรมนี ใช้วิธีการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลาย 50% ของ NaF ּ 2Al (C2H5)3 ในโทลูอีน การกลั่นจะดำเนินการที่ 100°C แรงดันอิเล็กโทรไลเซอร์ 1.0-1.5 V และความหนาแน่นกระแส 0.3-0.5 A/dm2 โดยใช้อิเล็กโทรดอะลูมิเนียม ประสิทธิภาพกระแสแคโทด 99% การกลั่นด้วยไฟฟ้าเคมีในอิเล็กโทรไลต์ออร์กาโนอะลูมิเนียมช่วยลดเนื้อหาของแมงกานีสและสแกนเดียมได้อย่างมาก ซึ่งแทบไม่ถูกขจัดออกในระหว่างการทำความสะอาดโซน ข้อเสียของวิธีนี้คือให้ผลผลิตต่ำและมีอันตรายจากไฟไหม้สูง

สำหรับการทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ยิ่งขึ้นและได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 99.99999% ขึ้นไป สามารถใช้วิธีการข้างต้นร่วมกันได้: อิเล็กโทรลิซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมหรือการระเหิดผ่านซับฟลูออไรด์ ตามด้วยการหลอมโซนของอะลูมิเนียมที่ได้ ตัวอย่างเช่น โดยการกลั่นอะลูมิเนียมแบบโซนซ้ำที่ได้จากการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียม เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยมีปริมาณสิ่งเจือปนอยู่ที่ ×10–9%: Fe 50; ซิ<500; Cu 10; Mg 30; Mn 5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 и Se 3.

แอปพลิเคชัน

การรวมกันของคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของอะลูมิเนียมเป็นตัวกำหนดการใช้งานอย่างกว้างขวางในเกือบทุกด้านของเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของโลหะผสมกับโลหะอื่นๆ ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า อะลูมิเนียมประสบความสำเร็จในการแทนที่ทองแดง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตตัวนำขนาดใหญ่ เช่น ในสายไฟเหนือศีรษะ สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง บัสบาร์สวิตช์เกียร์ หม้อแปลงไฟฟ้า (ค่าการนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียมสูงถึง 65.5% ของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดง และ มันเบากว่าทองแดงมากกว่าสามเท่าด้วยหน้าตัดที่ให้ค่าการนำไฟฟ้าเท่ากันมวลของลวดอลูมิเนียมจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของสายทองแดง) อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้าและวงจรเรียงกระแส ซึ่งการทำงานจะขึ้นอยู่กับความสามารถของฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ในการส่งกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พิเศษที่ทำให้บริสุทธิ์โดยการหลอมโซนจะใช้สำหรับการสังเคราะห์สารกึ่งตัวนำชนิด AIII BV ที่ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตกระจกสะท้อนแสงประเภทต่างๆ อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูงใช้ปกป้องพื้นผิวโลหะจากการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ (การหุ้ม สีอะลูมิเนียม) ด้วยส่วนการดูดกลืนนิวตรอนที่ค่อนข้างต่ำ อะลูมิเนียมจึงถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ถังอะลูมิเนียมความจุสูงเก็บและขนส่งก๊าซเหลว (มีเทน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ) กรดไนตริกและอะซิติก น้ำบริสุทธิ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำมันที่บริโภคได้ อลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์และอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมอาหาร สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (ในรูปของฟอยล์) สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนต่างๆ การใช้อลูมิเนียมในการตกแต่งอาคาร สถาปัตยกรรม การคมนาคม และการกีฬาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ในทางโลหะวิทยา อะลูมิเนียม (นอกเหนือจากโลหะผสมที่มีส่วนผสมของมัน) เป็นหนึ่งในสารเจือปนในโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปในโลหะผสมตาม Cu, Mg, Ti, Ni, Zn และ Fe นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังใช้เพื่อกำจัดเหล็กออกซิไดซ์ก่อนเทลงในแม่พิมพ์ เช่นเดียวกับในกระบวนการเพื่อให้ได้โลหะบางชนิดด้วยวิธีความร้อนจากอะลูมิเนียม บนพื้นฐานของอลูมิเนียม SAP (ผงอลูมิเนียมเผา) ถูกสร้างขึ้นโดยผงโลหะซึ่งมีความต้านทานความร้อนสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C

อลูมิเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด (แอมโมนัล, อะลูโมทอล) สารประกอบอลูมิเนียมหลายชนิดใช้กันอย่างแพร่หลาย
การผลิตและการบริโภคอะลูมิเนียมมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแซงหน้าการผลิตเหล็ก ทองแดง ตะกั่ว และสังกะสีอย่างมีนัยสำคัญในแง่ของอัตราการเติบโต
ใช่ผู้เขียนพูดถูกทุกอย่างง่ายมาก ...

เพาะพันธุ์อื่น...
ป.ล. - โชคดี..