Производство алюминия

Производство алюминия занимает первое место среди других цветных металлов (по количеству). Алюминий – наиболее распространенный металл в природе, он входит в состав более 250 минералов.

Основное сырье – алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, коалины.

Бокситы – горные породы сложного состава: 50-60% Al₂O₃, 1-15% SiO₂, 2-25% FeO, 2-4% TiO, 10-30%H₂O. Способы восстановления алюминия непосредственно из бокситов и других руд еще не разработаны. Современное производство алюминия состоит из следующих процессов:

1. Получение глинозема Al₂O₃.

2. Получение алюминия из глинозема.

3. Рафинирование алюминия.

Глинозём получают способом выщелачивания из руд Al₂O₃, в виде растворимого в воде алюмината натрия (Al₂O₃ Na₂O₂). Для этого мелкоизмельченную руду обрабатывают едким натром (NaOH) или содой (Na₂CO₃). Выщелачивание производится в специальных автоклавах при Т=150-200⁰ С и давлении 12 атм. (способ Байера). Получение алюминия из глинозема заключается в электролизе расплава, состоящего из глинозема Al₂O₃ - 8-10% и криолита – фторита алюминия и натрия Na₃ AlF₆. Так как глинозем вследствие его тугоплавкости трудно расплавлять, его смешивают с криолитом, температура плавления при этом составляет 950⁰С.

Рис. 2.11. Схема ванны для электролитического получения алюминия:

1- слой глинозема; 2 - токоподводящие стержни; 3 - анод;

4 - катодный угольный блок; 5 - газоотсосная система; 6 - гарниссаж.

Электролиз производится в специальных ваннах (рис.2.11) – электролизерах, который заключен в стальной кожух, внутри футерована углеродис тыми блоками. В под вмонтированы катодные шины и сам под является катодом.Анодное устройство состоит из вертикального угольного электрода, нижняя часть которого погружена в электролит. Рабочая темпе ратура электролита 930-950⁰С. Ток постоянный напряжение 4-4,5В, плотность тока 0,7-1,2А/cм. В расплавленном электролите происходит диссоциация молекул криолита и глинозема:

Na₃AlF₆ → 3Na⁺ + AlF₆^3-; Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде разряжаются только катионы алюминия: Al + 3e → Al.

На аноде выделяется газообразный кислород, вызывающий сгорание угольного электрода:

2AlO₃^3- - 6e → Al₂O₃ + O₂.

Расплавленный алюминий скапливается на дне ванны и периодически удаляется при помощи сифонов и вакуумных ковшей (1 раз в 3-4 суток). Для

получения 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, до 0,6 т угольных анодов, около 0,1 т криолита и 16500-18500 КВтЧ электроэнергии. Полученный первичный алюминий содержит примеси Fe, Si, Zn и др. и поэтому подвергается рафинированию, которое осуществляется продувкой расплава газообразным хлором при Т=700-750⁰ С. При этом образуется хлористый алюминий AlCl₃, который, находясь в газообразном состоянии, пронизывает Al, обеспечивая его очистку от газов и примесей. Соединяясь с примесями, алюминий образует хлориды, которые всплывают на поверхность ванны и удаляются. Чистота полученного алюминия 99,5-99,8%.

Для получения алюминия более высокой чистоты применяют электролитический способ рафинирования (99,99%Al).

Дата добавления: 2014-12-07