Aliuminis, aliuminio gamyba: technologija, procesas ir aprašymas

Aliuminis turi savybių masę, kuri tampa viena iš labiausiai naudojamų medžiagų pasaulyje. Jis yra plačiai paplitęs gamtoje, užima pirmąją vietą tarp metalų. Atrodo, kad jo gamybai neturėtų kilti jokių sunkumų. Tačiau didžioji cheminė metalo veikla lemia tai, kad jo gryna forma nėra patenkinta, ir ją sunku gaminti - tai daug energijos ir brangu.

Žaliavos gamybai

Kokios žaliavos pagamintos iš aliuminio? Aliuminio gamyba iš visų jose esančių mineralų yra brangus ir nepelningas. Jie išgauna jį iš boksitų, kurių sudėtyje yra iki 50% aliuminio oksidų ir lieka tiesiai ant žemės paviršiaus didelėmis masėmis.

Šie aliuminio rūsiai turi gana sudėtingą cheminę sudėtį. Juose yra 30-70% viso masės, silicio dioksido, kuris gali būti iki 20%, geležies oksidas svyruoja nuo 2 iki 50%, titano (iki 10%) aliuminio oksido kiekis.

Aliuminis, o tai aliuminio oksidas, yra sudarytas iš hidroksidų, korundo ir kaolinito.

Neseniai aliuminio oksidai buvo gauti iš nefelinų, kurių sudėtyje yra natrio, kalio, silicio ir alunito oksidų.

Norint pagaminti 1 toną gryno aliuminio, reikia apie dviejų tonų aliuminio oksido, kuris, savo ruožtu, gaunamas iš maždaug 4,5 tonų boksito.

Boksito indėliai

Boksito atsargos pasaulyje yra ribotos. Visame pasaulyje yra tik septyni regionai, kuriuose yra turtingos nuosėdos. Tai yra Gvinėja Afrikoje, Brazilijoje, Venesueloje ir Surinamas Pietų Amerikoje, Jamaikoje Karibuose, Australijoje, Indijoje, Kinijoje, Graikijoje ir Turkijoje Viduržemio jūros regione ir Rusijoje.

Šalyse, kuriose yra daugybė boksito, gali būti sukurta aliuminio gamyba. Rusija išskiria boksitus Uralo, Altajaus ir Krasnojarsko regionuose, viename iš Leningrado srities rajonų, nefelino - Kolo pusiasalyje.

Turtingiausi indėliai priklauso Rusijos Jungtiniai kompanija UC RUSAL. Po to sekė milžinai "Rio Tinto" (Anglija-Australija), sujungtos su Kanados "Alcan" ir "CVRD". Ketvirta vieta yra bendrovė Chalco iš Kinijos, tada Amerikos ir Australijos korporacija "Alcoa", kurios taip pat yra pagrindiniai aliuminio gamintojai.

Produkcijos kilmė

1825 m. Danų fizikas Oerstedas išskyrė pirmąjį laisvą aliuminį. Cheminė reakcija buvo atlikta su aliuminio chloridu ir kalio amalgama, o po to po dvejų metų vokiečių chemikas Welleris naudojo metalų kalį.

Kalis - medžiaga yra gana brangiai, todėl pramoninėje aliuminio gamyboje prancūzas Saint Clair Deville vietoj kalio 1854 m. Naudojo natrį, kuris yra daug pigesnis ir atsparus aliuminio ir natrio dvigubo chlorido.

Rusijos mokslininkas N. N. Бекетов sugebėjo išgauti aliuminį iš расплавленного креолита magnio. Tą patį amžių devintojo dešimtmečio pabaigoje ši cheminė reakcija buvo panaudota vokiečiams pirmajame aliuminio gamykloje. Antroje 18 a. Pusėje cheminėmis priemonėmis buvo pagaminta 20 tonų gryno metalo. Tai buvo labai brangus aliuminis.

Aliuminio gamyba elektrolizės pagalba prasidėjo 1886 m., Kai Amerikos mokslininkų salė ir prancūzas Eru įkūrė beveik identiškas patento paraiškas. Jie pasiūlė ištirpinti aliuminį išlydyto kriolito, o tada gauti elektrolizės būdu aliuminį.

Su tuo prasidėjo aliuminio pramonė, kuri daugiau nei šimtmetį tapo viena didžiausių metalurgijos sričių.

Pagrindiniai gamybos technologijos etapai

Apskritai aliuminio gamybos technologijos nuo pat veiklos pradžios nepasikeitė.

Procesas susideda iš trijų etapų. Pirmajame aliuminio ruože, ar tai yra boksitai ar nefelenas, gaunamas aliuminio aliuminio oksidas Al ₂ O ₃ .

Tada pramoninis aliuminis ekstrahuojamas iš oksido, kurio gryninimo laipsnis yra 99,5%, kuris tam tikrais tikslais yra nepakankamas.

Todėl paskutiniame etape aliuminis yra rafinuotas. Aliuminio gamyba baigiama valant iki 99,99%.

Gavyba aliuminio oksido

Yra trijų būdų, kaip pagaminti aliuminio oksidą iš rūdų:

- rūgštus;

- elektrolitinis;

- šarminis.

Pastarasis būdas - labiausiai paplitęs, sukurtas tame pačiame XVIII amžiuje, bet nuo to laiko pakartotinai tobulinamas ir gerokai patobulintas, naudojamas aukšto rango boksito perdirbimui. Taigi gaukite apie 85% aliuminio oksido.

Šarminio metodo esmė yra tai, kad aliuminio tirpalai išsisklaido dideliu greičiu, kai į juos įvedamas aliuminio hidroksidas. Po reakcijos likęs tirpalas išgarinamas esant aukštai temperatūrai apie 170 ° C ir vėl naudojamas aliuminio oksidui ištirpinti;

Pirmasis boksitas smulkinamas ir malinamas malūne su šarmu ir kalkėmis, tuomet autoklavuose esant temperatūrai iki 250 ° C jo cheminis skilimas vyksta ir susidaro natrio aliuminatas, kuris praskiedžiamas šarminiu tirpalu, net esant žemesnei temperatūrai - tik 100 ° C. Aliuzinio tirpalas plaunamas Specialūs tirštikliai, atskirti nuo dumblo. Tada jo skilimas vyksta. Filtruojant, tirpalas perpumpuojamas į maišomą baką, kad būtų nuolat sumaišomas preparatas, į kurį dedamas kietasis aliuminio hidroksidas sėjimui.

Hidrocyklonuose ir vakuume esantys filtrai išlaisvina aliuminio hidroksidą, kai kurie iš jų grąžinami kaip sėklų medžiaga, o kai kurie - kalcinavimui. Likęs po hidroksido atskyrimo likęs filtratas taip pat grįžta į apyvartą, kad išplautų kitą boksitų partiją.

Hidroksido kalcinavimas (dehidracija) rotacinėse degimo krosnyse vyksta iki 1300 ° C temperatūros.

Gaminant dvi tonas aliuminio oksido sunaudojama 8,4 kWh elektros energijos.

Stiprias cheminis junginys, kurio lydymosi temperatūra 2050 ° C, dar nėra aliuminio. Aliuminio gamyba iš priekio.

Aliuminio oksido elektrolizė

Pagrindinė elektrolizės įranga yra speciali vonia, išklinta anglies blokais. Tiekiama elektros srovė. Vonioje anglies anodai sudeginami, kai jie yra atskirti nuo gryno deguonies oksido ir sudaro oksidą ir anglies dioksidą. Vonios arba elektrolizeriai, kaip jie vadinami specialistais, yra įtraukti į elektros grandinę serijiniu būdu, sudarantys seriją. Dabartinis stipris yra 150 tūkstančių amperų.

Anodai gali būti dviejų tipų: kepti iš didelių akmens anglių blokų, kurių masė gali būti daugiau kaip tona, ir savaiminio kepimo, susidedančios iš akmens anglių briketų aliuminio apvalkale, kurie elektrolizės metu yra sukepinti esant aukštai temperatūrai.

Darbinė įtampa voniose paprastai yra apie 5 voltus. Joje atsižvelgiama tiek į įtampą, reikalingą oksidui suskaidyti, tiek į neišvengiamus nuostolius šakotame tinkle.

Iš ištirpinto lydalo, pagaminto iš aliuminio oksido kriolito, anglies pagrindo vonia išsilygina skystas metalas, kuris yra sunkesnis už elektrolitų druskas. Jis periodiškai išpumpuojamas.

Aliuminio gamybos procesas reikalauja daug elektros energijos. Norint gauti vieną toną aliuminio iš aliuminio, jums reikia išleisti apie 13,5 tūkst. KWh nuolatinės srovės elektros energijos. Todėl dar viena sąlyga kuriant didelius gamybos centrus yra netoliese esanti galinga elektrinė.

Aliejaus perdirbimas

Garsiausias metodas yra trijų sluoksnių elektrolizė. Jis taip pat vyksta elektrolizės voniose su anglies paketais, išklotos magnezitu. Proceso anodas yra pats išlydytas metalas, kuris yra valomas. Jis yra žemiau sluoksnyje laidžios bazės. Grynas aliuminis, ištirpęs iš anodo sluoksnio elektrolito, suprantamas aukštyn ir tarnauja kaip katodas. Srovė prie jos tiekiama grafito elektrodu.

Tarpinio sluoksnio elektrolitas yra aliuminio fluoridas arba grynas arba pridėjus natrio ir bario chlorido. Jis pašildomas iki 800 ° C.

Elektros energijos sunaudojimas trisluoksniam rafinavimui yra 20 kWh vienam kilogramui metalo, tai yra 20 tūkstančių kWh vienai tonai. Todėl, kaip ir metalų gamybai, aliuminis reikalauja ne tik elektros energijos šaltinio, bet ir didelės jėgainės artimiausioje vietoje.

Rafinuotame aliuminyje yra geležies, silicio, vario, cinko, titano ir magnio kiekiai.

Po rafinavimo aliuminis perdirbamas į komercinius produktus. Tai yra luitai, viela, lapas ir čushki.

Atskyrimo produktai, gauti iš dalies rafinuojant, yra kietos nuosėdos, naudojami deoksidavimui ir iš dalies išeina kaip šarminis tirpalas.

Absoliučiai grynas aliuminis gaunamas tolesniam metalo tirpimui zonoje inertinėse dujose arba vakuume. Jo puiki charakteristika yra didelis elektrinis laidumas kriogeninėse temperatūrose.

Antrinių žaliavų perdirbimas

Ketvirtadalis visos aliuminio paklausos patenkinama atliekant antrinį žaliavų perdirbimą. Produktai perdirbami liejimo formos.

Iš anksto paruoštos žaliavos ištirpsta slenksčio krosnyje. Jame yra metalų, turinčių didesnį lydymosi tašką nei aliuminis, pavyzdžiui, nikelis ir geležis. Iš išlydyto aliuminio pašalinamos įvairios nemetalinės inkrustacijos, valant chloru ar azotu.

Daugiau lydinių metalų priemaišų pašalina magnio, cinko arba gyvsidabrio priedais ir evakuoja. Magnis iš lydalo pašalinamas chloru.

Iš anksto nustatytas liejimo lydinys gaunamas įvedant priedus, kurie nustatomi išlydyto aliuminio kompozicijos.

Aliuminio gamybos centrai

Kalbant apie aliuminio vartojimą, Kinija užima pirmąją vietą, užėmė antrą vietą už JAV, o trečią vietą - Vokietiją.

Kinija taip pat yra aliuminio gamybos šalis, kurioje didžiulė marža šioje srityje.

Dešimt, išskyrus KLR, yra Rusija, Kanada, Jungtiniai Arabų Emyratai, Indija, Jungtinės Valstijos, Australija, Norvegija, Brazilija ir Bahreinas.

Rusijoje vieningoji bendrovė "RUSAL" yra aliuminio ir aliuminio gamybos monopolis . Jis gamina iki 4 milijonų tonų aliuminio per metus ir eksportuoja produktus į septyniasdešimt šalių ir yra penkiose žemynuose septyniolikoje šalių.

Amerikos kompanija "Alcoa" Rusijoje valdo dvi metalurgijos gamyklas.

Didžiausias Kinijoje pagamintas aliuminio gamintojas yra "Chalco". Skirtingai nuo užsienio konkurentų, visas jo turtas yra sutelktas savo šalyje.

Norvegijos kompanijos "Norsk Hydro" Hidroakumuliacinis aliuminio padalinys turi aliuminio gamyklas Norvegijoje, Vokietijoje, Slovakijoje, Kanadoje ir Australijoje.

Australijos BHP Billiton valdo aliuminio gamybą Australijoje, Pietų Afrikoje ir Pietų Amerikoje.

Bahreine yra "Alba" (aliuminio Bahreino BSC) - beveik didžiausia gamyba. Šio gamintojo aliuminis užima daugiau kaip 2% viso pasaulio "sparnuotu" metalo kiekiu.

Taigi, apibendrinant galima teigti, kad pagrindiniai aliuminio gamintojai yra tarptautinės bendrovės, kurioms priklauso boksito atsargos. Be to, išskirtinai daug energijos suvartojantis procesas yra aliuminio oksido gamyba iš aliuminio rūdų, fluorido druskos, įskaitant kriolitą, anglies anodo masę ir anodinę angą, katodą, pamušalo medžiagas ir gryno metalo, kuris yra pagrindinė aliuminio metalurgijos dalis, gamyba.