Получение алюминия

Алюминий производят из руд, богатых глиноземом. Чаще всего исполь­зуют бокситы. Состав их следующий, %: AI₂O₃ – 40–60, Fe₂О₃ – 15–30, SiO₂– 5–15, TiO₂ – 2–4 и гидратная вода – 10–15. Процесс получения алю­миния включает три этапа: извлечение глинозема из руды, электролиз рас­плавленного глинозема и получение первичного алюминия, его рафиниро­вание.

Глинозем извлекают мокрым или сухим способами. При мокром – бок­ситы дробят, измельчают в шаровых мельницах, а затем выдерживают в автоклавах 2–3 часа с концентрированной щелочью при температуре 150–250 °С и давлении до 3 МПа. Происходит взаимодействие между гли­ноземом и щелочью:

А1₂О₃ + ЗН₂О + 2NaOH = Na₂O × А1₂О₃ + 4 Н₂О.

Раствор алюмината натрия в виде пульпы, после фильтрации и разбав­ления водой, выдерживается в отстойнике, в котором выпадает в осадок гидроксид алюминия,

Na₂O ∙ А1₂О₃ + 4 Н₂О = 2NaOH + 2А1(ОН)₃¯,

который фильтруют, прокаливают при температуре 1200-1300 °С во вра­щающихся печах и получают глинозем:

2А1(ОН)₃ = А1₂О₃ + 3Н₂О.

При сухом способе смесь боксита, соды и известняка спекают во вра­щающихся печах при температуре 1200 °С. Образуется спек с водораство­римым алюминатом натрия

А1₂О₃ + Na₂ CO₃ = Na₂O · А1₂О₃ + СО₂

и нерастворимый в воде силикат кальция CaO · SiO₂, в образовании которо­го участвует известь.

Алюминат натрия извлекают из спека горячей водой и продувают газо­образным СО₂:

Na₂O ∙ А1₂О₃ + 3Н₂О + СО₂ = 2А1(ОН)₃ + Na₂ CO₃.

Осадок промывают, прокаливают и затем получают глинозем, как при мокром способе.

Глинозем растворяют в расплавленном криолите Na₃AlF₆, из которого электролизом получают алюминий. Процесс осуществляется в алюминие­вой ванне-электролизере (рисунок18.19). Внутренняя поверхность ванны облицована угольными блоками, которые являются катодом. Анодами слу­жат угольные электроды, погруженные в расплав.

Рисунок 18.19 – Схема электролизера для производства алюминия:

1 – катодные угольные блоки; 2 – огнеупорная футеровка; 3 – стальной кожух;

4 – угольные плиты; 5 – жидкий алюминий; 6 – металлические стержни с шинами;

7 – угольный анод; 8 – глинозем; 9 – жидкий электролит; 10 – корка затвердевшего

электролита; 11 – катодная токоподводящая шина; 12 – фундамент

При температуре 930–950 °С глинозем электролита диссоциирует на ионы:

А1₂О₃ ® 2 А1³⁺ + 3О^2-

На поверхности угольной подины, которая служит катодом, ионы вос­станавливаются до металла:

2А1³⁺ + 6е = 2А1.

По мере накопления жидкий алюминий периодически удаляется.

Очистка алюминия от примесей А1₂О_з, Fe, Si, С, Н₂ и др. осуществляется чаще всего электролитическим рафинированием, где электролитом являют­ся безводные хлористые и фтористые соли. Получают алюминий чистотой 99,996 %.

Дата добавления: 2014-12-16