Teollinen menetelmä alumiinireaktion tuottamiseksi. Alumiinin valmistusmenetelmä

Alumiiniteollisuus on värimetallimetalliteollisuus, joka yhdistää yrityksiä alumiinimetallin tuotantoon.

Alumiiniteollisuudessa on tällä hetkellä kasvava vaikutus ihmisten elämään. Alumiinia käytetään lentokoneiden ja muun tyyppisten kuljetusvälineiden luomiseen, sitä käytetään rakentamisessa, ja sitä käytetään myös yhä enemmän ihmiskunnan kuluttajien tarpeisiin erilaisten tupakkatuotteiden, kosmetiikan ja elintarvikkeiden pakkausten valmistuksessa.

Globaalin alumiiniteollisuuden maantieteellisen tason määrittämisellä on tällä hetkellä suuri merkitys, koska alumiinin osuus alumiinista moderni maailma   kasvaa joka vuosi.

Ensinnäkin on määritettävä paikka, jonka alumiiniteollisuus on maailmassa. Mitä tuotantoalueita se kattaa? Alumiiniteollisuuden maantieteen tarkemman idean saamiseksi on korostettava maita, jotka kehittävät sen eri suuntauksia maailmanmarkkinoilla, samoin kuin sitä, minkä paikan Venäjä täällä miehittää. Tätä varten on otettava huomioon johtavat maat alumiinin sulatuksen raaka-aineiden tuotannossa ja louhinnassa vientiä ja tuontia varten. Tunnista merkittävimmät talletukset.

Näiden tutkimusten tulosten perusteella kootaan kartta, joka auttaa ymmärtämään tarkemmin alumiiniteollisuuden maantieteellisyyden laajuutta ja sen merkitystä maailmanmarkkinoilla.

Alumiini ja sen rooli teollisuudessa

Alumiini on yksi jaksollisen taulukon elementeistä, se viittaa kevytmetalleihin. Onko yleisin metalli, ja miten kemiallinen alkuaine   sisällön mukaan maankuori   sijoittuu kolmanneksi.

Alumiinia voidaan saada alumiinimalmista, pääasiassa bauksiitista, joka sisältää 28 - 80% alumiinioksidia. Nefeliinisyniitit, aluniitti, nefeliini-apatiittikivit ovat myös raaka-aineita alumiinin valmistuksessa, mutta niissä on alumiinioksidien prosentuaalinen osuus pienempiä kuin bauksiiteissa, ja ne ovat heikomman laadun raaka-aineita.

Jos tarkastellaan värimetallien tuotantomäärää modernissa taloudessa, alumiini on ensisijainen. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että sitä käytetään laajasti ihmisten elämässä ja vaikuttaa melko monenlaisiin teollisuudenaloihin, kuten kuljetustekniikkaan, rakentamiseen, pakkaamiseen ja kulutustavaroihin. Alumiinia käytetään myös kaapeleiden tai muiden tuotteiden valmistukseen, joita käytetään sähkötekniikassa.

Alumiinin fysikaalis-kemialliset ominaisuudet antavat sen mahdollisuuden käyttää erityisten säiliöiden valmistukseen, joissa on mahdollista varastoida ja kuljettaa nestemäisiä kaasuja, kuten metaania, happea, vetyä ja typpihappoa, puhdas vesi. Alumiinia käytetään laajalti ydinreaktorien rakennemateriaalina. Terästuotannossa myös alumiinilla on suuri merkitys, sillä se toimii hapettavana aineena.

Jokapäiväisessä elämässämme kohtaamme usein esineitä, joiden valmistukseen käytettiin alumiinia, esimerkiksi siitä valmistetaan jääkaappien ja pesukoneiden sähkölaitteita. Melko usein arjessa löydät alumiiniastioita, huonekaluja ja erilaisia \u200b\u200burheiluvälineitä. Alumiinia käytetään myös tuotantoon. erilaisia   säilöttyjen elintarvikkeiden pakkaukset, tölkit tai kertakäyttöiset foliopakkaukset.

Alumiinin niin laajaan käyttöön elämässä vaikuttavat sen edut ominaisuuksissa muihin rakennemetalleihin verrattuna:

Ensinnäkin voidaan erottaa, että alumiinilla on melko pieni ominaispaino;

Toiseksi sen etuihin muihin metalleihin verrattuna sisältyy korkea korroosionkestävyys;

Alumiini on helppo käsitellä, sillä on kyky 100% kierrätyskun taas energiansäästö on 95%;

Lisäksi metallilla on korkea sähkönjohtavuus ja palonkestävyys;

Alumiini kestää matalia lämpötiloja, jolloin sen lujuus, taipuisuus ja viskositeetti ovat paljon korkeammat.

Maailman johtajat alumiinin raaka-aineiden louhinnassa ja jalostuksessa

Kuten edellä mainittiin, alumiinin tuotannon pääraaka-aineet ovat alumiinimalmit, pääasiassa bauksiitti. Buksiitit ovat alkuperältään eksogeenisiä, ja niitä muodostuu pääasiassa trooppisen ilmaston säänkestävissä kuorissa.

Maailman maiden joukossa, joilla on joitain suurimmista bauksiittivarannoista, voidaan erottaa Guinea, Australia, Jamaika ja Brasilia.

Bauksiitin louhinnan maailmanmestaruusmaa kuuluu Australialle. Australia purkaa alumiinin tuotannon raaka-aineita sekä omiin tarpeisiinsa että toimittaa niitä muihin maailman maihin. Niinpä Australia nousi maailman kärkeen bauksiittimalmien viennissä. Tärkeimmät hänen johtajuuteensa vaikuttavat tekijät ovat:

Maan korkeaan bauksiitti-esiintymien esiintyminen maan alueella;

Talletusten sijainti (sijaitsevat lähellä meren rannikkoa).

Huolimatta siitä, että Australian bauksiittivarannot ovat paljon pienemmät kuin Guineassa, juuri tämä maa ottaa johtavan tuotannon ja tarjoaa maailmanlaajuisen alumiiniteollisuuden.

Äskettäin useiden maiden boksiittikaivostoiminnan osuus on muuttunut, mutta ne eivät ole merkittäviä. Ensinnäkin ne koostuvat tuotantomääristä, mutta niiden sijainnit, joita he käyttivät maailman boksiittien louhintaan, eivät muuttaneet paljon. Tämä johtuu siitä, että johtavien alumiiniraaka-aineiden louhintamaiden alueella on melko suuria bauksiitti-esiintymiä, joiden varannot ovat kuten ennenkin merkittävät.

Jäljempänä tarkastellaan suurimpia bauksiitti-esiintymiä, jotka sijaitsevat eri maissa. Ensinnäkin tarkastellaan Australian talletuksia, koska juuri tällä maalla on johtava asema bauksiitin louhinnassa maailmassa.

Suurin osa Australiassa esiintyvistä bauksiittivarannoista on keskittynyt neljään esiintymään: Valas (sijaitsee Cale Yorkin niemimaalla); Gov (sijaitsee Arnhemlandin niemimaalla); Bougainville ja Mitchell. Manner-alueen lounaisosassa, 64 km päässä Perthistä, sijaitsee Darlingin boksiittialue.

Kun otetaan huomioon Australian boksiittiesiintymät, voidaan erottaa kaksi suurinta.

Ensimmäinen on Huntleyn kaivos, joka sijaitsee mantereen lounaisosassa Pietarin kaupungin alueella. Siellä louhitaan jopa 19 miljoonaa tonnia boksiittia vuodessa.

Kapasiteetin perusteella toiseksi suurin bauksiittiesiintymät on Weipan kaivos. Tämä kaivos sijaitsee Koillis-Australiassa, Cale Yorkin niemimaalla, Queenslandissa. Sen vuotuinen tuotantokapasiteetti on keskimäärin 12 miljoonaa tonnia bauksiittia.

Jos tarkastellaan muita suurten bauksiitti-esiintymien sijoittautumista muissa maissa, Brasilian Trombetas-kaivos voidaan erottaa ensin. Yhtiön kotipaikka on Amazonia, Para. Sen kapasiteetti on 17 miljoonaa tonnia vuodessa, mikä on 90% bauksiitin tuotannosta maassa.

Bokissa Guineassa sijaitseva Kamsar Sangaredi -kaivos toimittaa jopa 14 miljoonaa tonnia boksiittia vuodessa kotimaisille ja maailmanmarkkinoille.

Yksi Guinean merkittävimmistä talletuksista on Kimbo, joka sijaitsee Fria Sodioren alueella. Louhoksen tuotantokapasiteetti on yli kaksi miljoonaa vuodessa.

Useat suuret talletukset sijaitsevat Intiassa:

Biharin osavaltio, Ranche tallettaa Bahra-Pai, Khamar-Pat, Pohra-Pat.

Gujaratin osavaltio, Jalinagar Ran Vipur Field.

Madhya Prademin osavaltio, Phutka-Paharin talletuksen Blaspur, Paunahra-talletus Satpatrick-khor-Pahar.

Venäjällä on myös melko suuria bauksiitti-esiintymiä, mutta niistä keskustellaan toisessa luvussa.

Alumiinia tuottavista maista johtavat asemat ovat Kiina, Venäjä, Kanada, Australia ja Norja. Jos verrataan luetteloa maista, jotka louhitsevat raaka-aineita alumiinin tuotantoon, ja maita, jotka sitä valmistavat, on boksiittikaivosalueita erotettu sen tuotannon pääkeskuksista.

Tämä johtuu pääasiassa siitä, että monet alumiinin tuotannossa johtavat maat katsovat taloudellisempaa tuoda raaka-aineita kuin louhia niitä alueellaan. Samaan aikaan useilla alumiinin tuotannon raaka-aineiden louhinnassa ensimmäisellä sijalla olevilla mailla on heikko talous.

Alumiinia ei voida sulattaa suoraan bauksiittimalmista. Ensin bauksiitti jalostetaan alumiinioksidiksi ja sitten tuotetaan alumiinia.

Alumiinioksidin tuotannon ensimmäinen paikka kuuluu jälleen Australialle. Joten se tuottaa jopa 18,4% maailman alumiinioksidin tuotannosta. Toisella sijalla on Kiina, joka tuottaa 13,4 prosenttia maailman tuotannosta. Alumiinioksidin tuotannossa Venäjällä on vain kuudes sija, ja se tuottaa 3,3% tämän raaka-aineen maailmantuotannosta.

Maat, jotka kehittävät alumiiniteollisuutta

Alumiiniteollisuudessa on melko laaja maantieteellinen sijainti. Kuten edellä mainittiin, tämä johtuu siitä, että alumiinimalmien louhinnan kaivokset ja alumiinimetallin tuotantoa harjoittavat yritykset sijaitsevat usein eri maissa.

Alumiinioksidia prosessoivat johtavien bauksiittikaivosmaiden, kuten Australian, Guinean, Brasilian, Yhdysvaltojen, Venäjän, Kanadan ja Kiinan, lisäksi.

Yhdysvalloilla ja Venäjällä ei ole tarpeeksi raaka-aineita alumiinioksidin tuotantoon, ja Kanadassa sitä ei ole ollenkaan, joten niiden on pakko tuoda melko suuri määrä alumiinioksidia muista maista.

Ajan myötä alumiiniteollisuuden alueellinen rakenne on muuttunut huomattavasti. Joten takaisin kahdeksankymmenenluvun alkupuolella Euroopan maatEsimerkiksi, kuten Ranska, louhitsi boksiitteja alueellaan. Mutta 2000-luvun alussa he lopettivat kaivostoiminnan tai vähensivät sitä, kun niiden alueella sijaitsevat pienet varannot loppuivat vähitellen.

Alumiinin sulatukseen osallistuvien maiden maantiede on myös muuttunut. Joten vuosisadan alussa Yhdysvallat, Venäjä, josta oli tullut Neuvostoliiton tärkein seuraaja, ja Kanada pysyivät alumiinintuotannon maailman johtajina. Mutta Japani katosi johtajien maailman areenalta, jossa alumiinin sulaminen laski yli 20 kertaa.

Niistä maista, jotka ovat menettäneet asemansa maailmanlaajuisessa alumiiniteollisuudessa alumiinisulatuksen suhteen, voidaan mainita Saksa ja Norja. Mutta jotkut maat ovat vähitellen vahvistaneet johtavia asemiaan, esimerkiksi Kiina, joka vuonna 2000 oli kolmannella sijalla ja joka nousi vuoteen 2002 mennessä lisäämällä alumiinin sulatusta 4,1 miljoonaan tonniin vuodessa.

Alumiinin tuotannon maailman johtavia yrityksiä ovat esimerkiksi Bahrain ja Yhdistyneet arabiemiirikunnat. Tähän vaikutti se, että näiden maiden alueella on paljon öljyä, jota käytetään sähkön tuotantoon.

Halpa sähkö on yksi tärkeistä tekijöistä, joka vaikuttaa maiden alumiinisulatuksen suorituskykyyn, koska se on erittäin sähköinen prosessi. Niin monet maat rakentavat kustannusten vähentämiseksi alumiinisulattimia voimalaitosten välittömään läheisyyteen, jotka voivat tuottaa halpaa sähköä.

Alumiiniteollisuudella on suuri vaikutus eri aloilla. Joten alumiinia käytetään laajalti lentokoneiden valmistuksessa, rakettitieteessä, elintarviketeollisuudessa ja sähköteollisuudessa.

Siksi monet maat, jotka ovat johtavissa asemissa edellä mainituilla aloilla, pakotetaan lisäksi ostamaan raaka-aineita huolimatta siitä, että ne ovat johtavia asemia alumiinin tuotannossa. Esimerkiksi Yhdysvallat kuluttaa kaksi kertaa niin paljon alumiinia, kuin sillä on varaa tuottaa.

Jos tarkastellaan alumiinintuotannon kasvun dynamiikkaa maailmassa, sen vuotuinen positiivinen dynamiikka havaitaan. Joten vain seitsemän kuukauden aikana vuonna 2006 alumiinin sulaminen kasvoi 2,6% edellisen vuoden vastaavaan ajanjaksoon verrattuna, ja vuoteen 2010 mennessä bauksiitin tuotanto kasvoi 6,1%.

Venäjän alumiiniteollisuus

Venäjällä on johtava asema sekä alumiinimalmien louhinnassa että niistä piidioksidin ja sitten alumiinin tuotannossa. Siksi tässä kappaleessa tarkastellaan erikseen Venäjän alumiiniteollisuutta.

Venäjällä on yhteensä 50 boksiittiesiintymää. Nämä ovat esiintymät, joissa bauksiitin louhinta on jo käynnissä, eikä niitä ole vielä kehitetty. Suurin osa tasevarauksista sijaitsee Venäjän Euroopan osassa. Varannot on keskitetty seitsemään esiintymään, joista viisi on keskittynyt Sverdlovskin alueen Pohjois-Uralin boksiittialueelle (Kalinskoye, Novokalinskoye, Cheremukhovskoye, Krasnaya Shapochka); Iksinskoye-kenttä Arhangelskin alueella, Vezhayu-Vorykvinskoye-kenttä Komin tasavallassa ja Vislovskoye-kenttä Belgorodin alueella. Wislovskoje-kentällä boksiittikaivosta ei ole vielä suoritettu. Kaikki nämä talletukset sisältävät 70% kaikista todistetuista boksiittivarannoista Venäjällä.

Venäjän alueella on myös vanhoja boksiittialueita, joilla alumiinin raaka-aineiden uuttaminen on vielä kesken. Tällaisia \u200b\u200btalletuksia ovat Lenhradradin alueella sijaitsevat Tikhvinin kaivokset (Radynin kaivos).

Myös Venäjän alueella voidaan erottaa Pohjois-Uralin bauksiittia sisältävä alue. Tämän alueen alumiinimalmit ovat parasta laatua bauksiitista, joita louhitaan koko Venäjällä.

Mutta Venäjällä sijaitsevissa talletuksissa louhitun bauksiitin määrää ei voida täysin kattaa tarvittava määrä   raaka-aineet Venäjän alumiiniteollisuus. Siksi maamme alueella kehitetään myös muiden alumiinimalmien kerrostumia, joiden laatu on huomattavasti huonompi, mutta jotka ovat silti sopivia sen edelleen käyttöön teollisuudessa.

Joten Venäjällä kehitetään nefiilimalmien talletuksia, joita voidaan käyttää myös raaka-aineina alumiinin tuotannossa.

Muut maailman maat käyttävät samaa käytäntöä korvaamalla raaka-aineet alumiinin sulattamiseen, mikä johtuu maan riittämättömästä bauksiitista tai siitä, ettei niitä ole lainkaan. Joten esimerkiksi Azeibardzhanissa aluniteja käytetään alumiinin sulattamiseen.

Nefiliinimalmien tasevarannot ovat valtavat ja ylittävät huomattavasti Venäjällä sijaitsevien bauksiittivarantojen, noin neljä kertaa.

Venäjällä on kahdeksan apatiitti-nefiliiniesiintymää. Ensinnäkin, voimme erottaa Murhibinin alueella sijaitsevat Hihibiny-ryhmän talletukset ja Kemerovon alueen Kiya-Shaltyrskoje -kentän. Kiya-Shaltyr-kaivoksen nefiliinimalmit ovat melko rikkaita, joten ne eivät vaadi rikastamista.

Kaikkia alumiiniteollisuuden aloja kehitetään Venäjällä, koska alumiinimalmien louhinta tapahtuu sen alueella, mutta myös yritykset, jotka käsittelevät alumiinimalmeja alumiinin tuottamiseksi ja käyttävät sitä ihmiskunnan eri aloilla.

Kuten edellä mainittiin, alumiinia ei saada suoraan bauksiitti- tai nefeliinimalmista. On välivaihe - alumiinioksidin hankkiminen.

Joten maamme alueella suurin alumiinioksidituotanto on keskittynyt Sverdlovskin alueelle ja Krasnojarskin alueelle.

Huolimatta siitä, että huomattava määrä sekä boksiitti- että nefiliiniesiintymistä sijaitsee Venäjän alueella, melkein kaikki niistä on kehitetty, eikä uutta materiaalia ole riittävästi. Tuloksena olevat määrät pystyvät vastaamaan enintään 40% Venäjän alumiinitehtaiden tarpeista. Siksi Venäjä on pakko ostaa raaka-aineita muista maista. Alumiinioksidin tärkeimmät tuojat ovat Kazakstan, Ukraina ja Australia.

Venäjällä löytyy melko laaja valikoima alumiiniteollisuuden yrityksiä. Nämä ovat kaivokset raaka-aineiden uuttamiseksi alumiinin tuotantoa varten sekä tehtaat alumiinioksidin ja alumiinitehtaiden tuottamiseksi. Alumiinitehtaat sijaitsevat melkein koko Venäjällä.

Alumiiniteollisuuden maantiede maailmassa

Tämä tuote antaa vertaileva ominaisuus   Tärkeimmät johtavat maat boksiitti- ja alumiinisulatuksessa. Tarkemmat tiedot maailman alumiiniteollisuuden maantieteestä annetaan kootulla kartalla, johon on merkitty maat, joiden alueella boksiittia louhitaan, ja myös maat, jotka tuottavat alumiinia alueellaan.

Luku osoittaa, että suurin osa maista on erikoistunut johonkin alumiiniteollisuuden haaraan, mikä on tietyllä alueella taloudellisesti kannattavinta. Ja vain harvat maat kehittävät kahta alumiiniteollisuuden aluetta.

Nämä maat ovat Australia, Venäjä, Kiina, Intia, Brasilia, Venezuela. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että edellä mainituissa maissa on merkittäviä bauksiitti-esiintymien varantoja, samoin kuin kaikki alumiinin ja alumiinioksidin jalostamoiden toiminnan ehdot.

johtopäätös

Alumiiniteollisuuden kehitysvauhti on tällä hetkellä nousussa. Siihen osallistuvien maiden maantieteellinen sijainti on melko laaja, tämä näkyy kuvassa 3, jossa kaikki maat, joilla on osuus alumiiniteollisuudesta, on merkitty kartalle.

Tutkittuaan asian huolellisesti, voidaan tehdä useita johtopäätöksiä.

Alumiini on yksi maankuoren yleisimmistä metalleista.

Alumiinin ominaisuudet antavat sille etua muihin metalleihin nähden ja määrittävät myös käyttöiän ihmisen elämässä.

Tärkeimmät teollisuudenalat, jotka käyttävät alumiinia tarpeisiinsa, ovat: sähkötekniikka, elektroniikka, teräksen tuotanto, pakkaustuotteet, nahan parkitus.

Tärkeimmät raaka-aineet alumiinin tuotannossa ovat boksiitti.

Tärkeimmät bauksiitin tuotannossa johtavat maat ovat Australia, Guinea, Brasilia.

Alumiinin tuotannon johtajat ovat Kiina, Venäjä, Yhdysvallat.

Alumiiniteollisuuden päätoimialat: alumiinimalmien uuttaminen, alumiinioksidin tuotanto malmeista tai tiivisteistä, elektrodien ja anodipastatuotannon valmistus, fluorisuolojen tuotanto, alumiinimetallin sulatus, puolivalmiiden alumiinituotteiden valmistus.

Alumiiniteollisuus on tärkein värimetallimetalliteollisuus.

keksintö
Venäjän federaation patentti RU2529264

Toiminta-alue (tekniikka), jota kuvattu keksintö koskee

Keksintö koskee rautametallurgiaa, erityisesti alumiinin tuotantoa metallurgisesta alumiinioksidista.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

tiedossa teollisuusmenetelmä   Eru-Hall - kryoliitti-alumiinioksidin sulaton elektrolyysi, jonka kautta kaikki primaarialumiini tuotetaan [Mintsis M.Ya. Alumiinin sähkömetallurgia / M.Ya. Mintsis, P.V. Polyakov, G.A. Sirazutdinov. Novosibirsk: Tiede. 2001,368 s.]. Huolimatta tämän tekniikan pitkästä soveltamisajasta, sillä on useita haittoja: matala energiatehokkuus 40-50%; korkea virrankulutus (13-17 kWh / kg Al); saastuminen ympäristö; korkeat materiaali- ja työvoimakustannukset.

Tunnettu on parannettu menetelmä alumiinin tuottamiseksi Eru-Hall-tekniikalla (US-patentti 6126799, julkaisu 10.03.2000), jota käytetään metalli-elektrodeilla, jotka on päällystetty keraamisella oksidilla, jolla on happea-ioninjohtavuus. Elektrolyysin aikana sellaisella anodilla happea ionit kulkevat oksidikerroksen läpi ja poistuvat metalliperustaan. Jalometalleja lukuun ottamatta ei löytynyt yhtä yksittäistä metallia, joka sopisi käytettäväksi inerttinä anodina, ja perusteet inertin metalli-anodin materiaalin luomiseksi olivat nikkeli-rauaseos (Fe-Ni) US-patentissa nro 5 006 209 ja alumiinipronssi.

Metalli-anodien tärkein haitta on niiden nopea liukoisuus kryoliitti-alumiinioksidisulatteeseen ja primaarialumiinin saastuminen. Korroosion seurauksena metallielektrodin pinnalle muodostetut oksidikalvot lisäävät elektrodin vastustusta elektrodin pinnalla. Kerroksen säilyminen voidaan varmistaa vain suurella happea-ionien (O 2) aktiivisuudella elektrolyytin anodikerroksessa, jota on erityisen vaikea toteuttaa matalissa (700 - 900 ° C) lämpötiloissa, kun alumiinioksidin liukoisuus on alhainen ja happi-ionien aktiivisuus muuttuu voimakkaasti. Elektrolyytin lämpötilan alentaminen kalliiden modifioivien lisäaineiden takia on puolestaan \u200b\u200bvälttämätöntä anodin oksidikerroksen liukoisuuden vähentämiseksi.

Tunnettu parannetusta menetelmästä alumiinin tuottamiseksi (patentti US 3960678, julkaistu 01.08.1976) anodoilla, joissa on elektronijohtavuudella varustetut puolijohdeoksidit ja happi, joka vapautuu suoraan oksidin pinnalle. Yleisimmät tässä ryhmässä olivat Alcoan kehittämät nikkeliferriiteihin (NiFe 2 O 4) perustuvat anodit ja testattavaksi ehdotetut tinaoksidi (SnO 2). Keramiikan tärkein etu on sen alhainen liukoisuus kryoliitti-alumiinioksidisulatteeseen.

Suurin haittapuoli on anodien alhainen käyttöikä ja bulkkinäytteiden alhainen mekaaninen lujuus, etenkin korkeissa lämpötiloissa, ja luotettavien virtaa kuljettavien koskettimien valmistuksen monimutkaisuus häiritsee keramiikan teollista käyttöä. On olemassa suuri vaara ja mahdollisuus pelkistää oksidit metalliksi liuenneella alumiinilla pysähtymisen yhteydessä.

Vaihtoehtoisista menetelmistä tunnetuista menetelmistä alumiinin karboterminen pelkistys sen oksidista, tutkimukset suorittivat Alcan, Pechiney, Hydroaluminium. Suurin edistyminen karbotermisen menetelmän (patentti RU 2301842 C2, julkaistu 27. kesäkuuta 2007) kehittämisessä saavutettiin Alcoan ja Elcemin yhteisen työn tuloksena. Alumiinin valmistukseen käytetyssä karbotermisessä pelkistysuunissa onttoa väliseinää käytetään hiilimateriaalin syöttämiseen sen alapuolella olevaan virtaukseen. Tämä jako erottaa matalan lämpötilan reaktiovyöhykkeen, jossa alumiinioksidi saatetaan reagoimaan hiilen kanssa alumiinikarbidin muodostamiseksi, ja korkean lämpötilan reaktiovyöhykkeen, jossa alumiinikarbidin ja jäljellä olevan alumiinioksidin reagoidaan alumiinin ja hiilimonoksidin muodostamiseksi. Keksintö tarjoaa kyvyn toimittaa ylimääräistä hiiltä sisältävää materiaalia reaktoriin ja sen tasaisen jakautumisen, mahdollisuuden poistaa kuonakylvyn paikalliset ylikuumenemiset ja vähentää alumiinin sitoutumista.

Karbotermisen prosessin tärkeimmät haitat ovat nestemäiselle oksikarbidisulalle ja kaasuille vastustuskykyisten materiaalien vähäinen valinta lämpötilaan 2100 ° C saakka, vaikeudet korkean työlämpötilan tehokkaassa säätelyssä ja ylläpitämisessä, kyvyttömyys varmistaa metallin puhtaus öljykoksissa olevien epäpuhtauksien vuoksi ja saadun alumiinin hiilidioksidi oli epätäydellinen.

Tunnettu kloridimenetelmä alumiinin valmistukseen (patentti US 3893899, julkaistu 07.08.1975). Se käyttää raaka-aineena AlCl3: ta, liuotettuna sulaan alkalimetallikloridiin. Prosessi on mahdollinen elektrolyysin alhaisissa lämpötiloissa (~ 700 ° C). Tämän menetelmän etuna on korkea virrantiheys, koska sulassa on vain yksi anionityyppi, joka kykenee hapettumaan anodilla, koska kloorianodi ei hapettu kloorilla, mikä tekee niistä kuluttamattomia.

Menetelmän haitoihin sisältyy puhtaan dehydratoidun AlCl3: n tuotannon ja kuljetuksen tarve. Oksidien ja hydroksidien pitoisuuden tulisi olla alhainen, jotta vältetään grafiittielektrodien hapettuminen ja happokloridielektrolyyttiin liukenevien oksikloridilietteiden kertyminen. Elektrolyytin eri komponenttien höyryjen suuret osapaineet, siksi on välttämätöntä puhdistaa elektrolyysin aikana vapautunut kloori elektrolyyttihöyryistä ja palauttaa vangitut kloridit elektrolysaattoriin. Tehokkaimman yrityksen prosessin toteuttamiseksi teki Alcoa. Huolimatta korkeasta tuottavuudesta (noin 13 t Al / päivä) yhden solun suhteen ja alhaisesta ominaisenergiankulutuksesta (noin 9 kWh / kg Al, lukuun ottamatta kloorausprosessin energiankulutusta), menetelmällä on useita vaikeita teknisiä ongelmia, jotka ovat edelleen sulje pois sen kaupallinen käyttö.

Alumiinin tunnettu vaihtoehtoinen tuotanto sen sulfidista (patentti NL 20080202939, julkaistu 28.08.2008). Vedetöntä, erittäin puhdasta alumiinisulfidia saadaan alumiinioksidista, sitten se hajotetaan elektrolyyttisesti alumiiniksi ja rikiksi moninapaisessa hauteessa. Jos virrantuotto on 90%, ominaisenergiankulutus on vain 5,24 kWh / kg Al.

Suurin haittapuoli on tarve tuottaa ja luoda erillinen teknologinen uudelleenjakelu erittäin puhtaan AI2S3: n saamiseksi, mikä tekee tekniikasta teollisesti toteutumattoman, ja myös itse yksikkö on monimutkainen.

Tunnettu menetelmä alumiinin tuottamiseksi sulan elektrolyysillä (patentti RU 2415973 C2, julkaistu 04.10.2011). Menetelmä sisältää KF-NaF-AlF3-sulatteen elektrolyysin Al203-lisäaineilla elektrolyytin lämpötilassa 700-900 ° C ja kryoliittisuhteen (KF + NaF) / AlF3 pitäminen välillä 1,1 - 1,9. Elektrolyysi suoritetaan anodivirtatiheydellä, joka on enintään 1,0 A / cm2, ja katodivirtatiheydellä, joka on enintään 0,9 A / cm2. VAIKUTUS: tuottavuuden lisääntyminen vähentämällä samanaikaisesti ominaisenergiankulutusta ja alumiinin elektrolyyttituotannon tunnetun menetelmän halvenemista ja elektrodimateriaalien, erityisesti inerttien anodien, alhaista korroosionopeutta. Elektrolyysin lämpötila niiden käytön aikana ei ylitä 150 ° C, mikä vähentää elektrolysaattorin materiaaleille asetettuja vaatimuksia, säätämällä elektrolyytin koostumusta ja vähentämällä ympäristökuormitusta ympäristölle.

Tämän menetelmän haittapuolena on elektrolyytin korkea hinta, kyvyttömyys käyttää suoraan alumiinioksidia raaka-aineena, pienet virrantiheydet vähentävät prosessin taloudellista kilpailukykyä. Elektrolyysiprosessissa mukana olevat kaliumionit vähentävät merkittävästi virran hyötysuhdearvoa.

Tunnettu prototyyppimenetelmänä metallien uuttamiseksi metallipitoisista katalyyteistä, jotka perustuvat alumiini- tai piioksidiohjeisiin plasmauuneissa (patentti RU 2075526, julkaisu 03.20.1997), mukaan lukien prosessointi sulattamalla katalyytit seokseen kalkkivirroilla ja (tai) alumiinioksidilla plasmaa käyttämällä - lämmittäminen arkkiin 1600-1650 ° C: n lämpötilassa syöttämällä hiiltä sisältävää pelkistävää ainetta ja rautaa, mitä seuraa sulan puhdistaminen neutraalilla kaasulla.

Uuttamismenetelmän haittana on elektrodien tuhoaminen sähkökaarisulatuksen korkeissa lämpötiloissa. Kivihiilipölyn ja fragmenttien vuorovaikutus nestemäisen metallin kanssa johtaa käänteisten lämpöreaktioiden esiintymiseen karbidien muodostuessa. Prosessi on energiaintensiivinen ja taloudellisesti epäedullinen, se vaatii kalliiden tulenkestävien materiaalien käytön vuoraukseen. Metallin uuttaminen ja prosessin väliaikainen sammuttaminen ovat tarpeen metallin uuttamiseksi.

Ehdotetun menetelmän teknisenä tuloksena on yksinkertaistaa olemassa olevaa alumiinin tuotantomenetelmää ja vähentää sen tuotantoon liittyviä materiaali- ja energiakustannuksia prosessin korkeilla teknisillä ja taloudellisilla indikaattoreilla ja prosessin ympäristöystävällisyydellä.

Tekninen tulos saavutetaan sillä, että alumiini saadaan sulattamalla jatkuvasti tuleva alumiinioksidi sulassa nestemäisessä elektrokorundissa plasmakaarikuumennuksella reaktorissa lämpötila-alueella 1300-1500 ° C evakuointiasteella 1,1-1,3 · 10 -4 Pa, jota seuraa primaarialumiinin kerrostuminen elektrolyysin pinnalle galvanointikammiossa johtamalla 150-200 A tasavirtaa sulan läpi ja puhdistamalla se. Tässä tapauksessa nestemäinen alumiini saostuu ja kerätään elektrokorundin pinnalle lämpötilassa 850 - 900 ° C.

Ehdotetun menetelmän ydin esitetään kuviossa 1.

Hiililämmitys- ja lämpöeristysjärjestelmällä varustetun korkean lämpötilan uunin, jossa on kaksinkertainen vesijäähdytteinen runko 1, reaktiotilassa luodaan tyhjiö 100-150 Pa: n jäännössuojakaasujen paineeseen saakka, kun diffuusio tyhjiöpumppu 3 ja etu tyhjiöpumppu 4 toimivat samanaikaisesti. Alumiinioksidi ladataan sulan pinnalle käyttämällä annostelija 2. Sitten alumiinioksidia kuumennetaan tasaisesti, kunnes saadaan valkoinen elektrokorundisula. Alumiinioksidin osien kuumentamiseksi ja sulattamiseksi käytetään plasmapolttimen 5 plasmakaaria tasavirralla, joka on ”suora napaisuus”. Sähkökaarin vakauden välttämätön edellytys on erityisominaisuuksilla varustetun virtalähteen läsnäolo. Tulokseksi saatu sulatus täyttää säiliökammion 6, virtaamalla kalvo-väliseinämän 7 läpi. Primaarialumiini kerrostuu elektrokorundin pintaan johtamalla 150-200 A tasavirtaa sulan läpi hiiligrafiitin anodin 8 ja katodin 9 avulla. Nestemäinen alumiini 10 on sulan pinnalla ja toimii katodina, kun laskettu taso on saavutettu, porttijärjestelmän kautta, ylemmän viemärin 11 kautta lähetetään puhdistuskammioon 12 puhdistusta varten.

Käsitellyn esineen kannalta järkevin menetelmä alumiinimetallin uuttamiseksi alumiinioksidista on plasmakaarilämmitys. Lisäksi väitetyissä olosuhteissa alumiinioksidi on valkoisen elektrokorundin sula. Alumiinioksidin sulamispiste evakuointiasteella 1,1-1,3 · 10 -4 Pa laskee arvoon 1300-1500 ° C. Tuloksena saatava korundisula sulaa kulkevan viestintäastian periaatteen mukaisesti säiliökammioon erotuskalvon kautta. Kun sähkövirta kulkee sulan läpi kammion rajapinnalla, ionien sähkökemiallinen pelkistyminen tapahtuu alumiinin muodostuessa.

Elektrolyyttien välisessä aukossa alumiinioksidi on sulatus, joka koostuu amorfisessa tilassa olevasta alumiinioksidista, jonka kehittyneellä sisäpinnalla elektrodit adsorboivat O 2-anionit ja Al 3+ -kationit. Katodin pinnan päällä tapahtuu alumiinin Al 3+ -3e \u003d Al pelkistysreaktio, ja anodille muodostuu molekyylinen happi O 2 -2e \u003d O 2, joka kuljetetaan katodin pintaan.

Nestemäinen metalli on sulan pinnalla lämpötilan ollessa 850 - 900 ° C, koska sen tiheys on 2,30 - 2,35 g / cm3 ja valkoisen elektrokorundin sulan tiheys on 3,70 - 3,95 g / cm3. Alumiini virtaa tyhjennysreiän läpi puhdistuskammioon tason kasvaessa.

Esimerkki teknisen ratkaisun toteuttamisesta

100 kg G00-luokan alumiinioksidia laitettiin tyhjiösähköuunin reaktiotilaan. Käsittelyn tuloksena saatiin 52,7 kg nestemäistä A5-luokan alumiinia, mikä vastaa alumiinioksidin ominaiskulutuskerrointa 1895 kg / t Al hajoamisreaktion mukaan. Kuten saatujen tulosten analysoinnista seuraa, paras suorituskyky saavutetaan pitämällä sulan lämpötila tasolla 1430 - 1450 ° C, alumiinioksidin syöttönopeuden ollessa sulapinta-alueella sulamisalueella 5 kg / s.

Keksinnöllinen menetelmä mahdollistaa onnistuneesti ratkaisun ongelman metallurgisen alumiinioksidin monimutkaisessa, kustannustehokkaassa prosessoinnissa alumiinin uuttamiseksi, materiaalien ja sähkön kulutuksen vähentämiseksi, prosessin ympäristövaatimusten varmistamiseksi.

Vaatimukset

1. Menetelmä alumiinin tuottamiseksi, mukaan lukien alumiinioksidin prosessointi sulattamalla käyttämällä plasmakaarilämmitystä, tunnettu siitä, että jatkuvasti tuleva alumiinioksidi sulatetaan sulassa nestemäisessä sähkökorundissa plasmakaarikuumennuksen aikana reaktorissa lämpötila-alueella 1300-1500 ° C tyhjiöasteella 1 , 1-1,3 · 10 -4 Pa, ja sitten primaarialumiini kerrostetaan elektrolyysin pinnalle galvanointikammiossa johtamalla 150-200 A tasavirtaa sulan läpi ja puhdistetaan jauhatuskammiossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestemäinen alumiini saostetaan ja kerätään elektrokorundumin pinnalle lämpötilassa 850 - 900 ° C.

Keksijä:   Bazhin Vladimir Yuryevich (RU), Feshchenko Roman Yuryevich (RU), Patrin Roman Konstantinovich (RU), Vlasov Alexander Anatolyevich (RU)
Patentin nimi:   Liittovaltion budjettivaltion korkeakoulututkintolaitos "Kansallinen mineraalivarojen yliopisto" Gorny "(RU)

suljetaan

Guest_alum_ * 23. syyskuuta 2007

Autotallissa tai kodinhoitohuoneessa voit tuottaa omaa alumiinia missä tahansa määrin.

Ehdotan alumiinintuotannon tekemistä yksin.
  Kuten kävi ilmi, alumiinin erottaminen savista tätä tekniikkaa käyttäen on yksinkertainen menetelmä, joka voidaan suorittaa kotona. Mutta on suositeltavampaa käyttää autotallia tai muita kuin asuintaloja.

Tarvittavat työolosuhteet:

· Sähkön saatavuus 220 volttia, 1,5 kW.

  · Saven kuljettamiseen ja jätemateriaalien poistamiseen tarkoitetut kuljetukset.

Tällä menetelmällä saatu metalli on sintrattujen kappaleiden muodossa, ei eroa toisistaan fysikaaliset ominaisuudet   alumiinista, joka louhitaan perinteisellä tavalla.

Ei-rautametallit on ostettu aktiivisesti 90-luvulta lähtien. Lisäksi metallin toimitus on niin aktiivista, ettei tällä hetkellä käytännössä ole mitään myytävää.

Alumiinia, toisin kuin muita metalleja, on savea 40 - 60%.

Alumiinin rikkaimmat savet ovat boksiittia. Alumiinisisältö niissä on jopa 70%, mutta kaikki savi sisältää tarpeeksi alumiinia metallin uuttamiseen siitä. Alkaen 10 kg. erityisellä tavalla käsiteltyä savea uutetaan (vähintään) 4 kg. alumiinia.

Tällä tavoin onnistun tuottamaan tavallisessa kaupungin autotallissa yhden työpäivän sisällä

180-200 kg. metallia.

Kuljetuskustannukset: Siirrän savea Niva-auton pusseihin louhoksesta 500 kg: n autotalliin.

4 litraa bensiiniä x 17 ruplaa \u003d 68 ruplaa.

Toinen pakollinen komponentti lisätään saveen, jonka hinta on 30 ruplaa. kilogrammaa kohti.

Kulutus 1 kg. komponentti 10 kg kohti. savea.

10 kg komponentti x 30 hiero. \u003d 300 hieroa.

Kymmenen kiloa komponenttia riittää käsittelemään sata kiloa savea.

10kg. komponentti + 100 kg. savi \u003d 40 kg. alumiini

1 kg alumiini maksaa 30 ruplaa. (enintään 55 ruplaa metallin myynnissä yrityksissä).

40 kg metalli x 30 hieroa. \u003d 1200 hieroa.

1200 hieroa. - 300 ruplaa. (kulut) \u003d 900 ruplaa. (nettotulos 100 kg. savea).

500 kg jalostetaan päivässä pienikokoisilla laitteilla, jotka voidaan sijoittaa tavanomaiseen autotalliin. savet

Yhteensä 200 kg metallia - \u003d 6000 ruplaa. päivässä - komponentti 50 kg (1500 ruplaa) + bensiini 68 ruplaa.

6000 ruplaa - 1568 ruplaa \u003d 4432 ruplaa koko päivän ajan.

Guest_Winky_ * 2. lokakuuta 2007

Minusta vaikuttaa siltä, \u200b\u200bettä tämä on suolahappoa. Mutta on mielenkiintoista, mitä laitteita käytetään. Loppujen lopuksi prosessi ei ole helppo ja energiaintensiivinen. Jos mahdollista, lisätietoja.

   31. lokakuuta 2007

Ja voit tarkemmin millainen lisäys. komponentti, mitä laitteita käytetään ja mistä niitä voi ostaa.

se on kaikki hölynpölyä. Alumiinin hankkiminen kotona on järjetöntä. Yritä sulattaa se alusta. Ja komponenttia ei voi olla. Aseta elektrolysaattori kotona - hyvin, vähintään 10 kV: n sähköasemalle, myöhemmin laskemalla arvoon 3–5 V. Virtavoimakkuus kasvaa epärealistiseksi. Mikä kodin johdotus kestää sen? Kyllä, muinaisina aikoina yritettiin saada, mutta lasku meni grammoihin. Jolle he ruuvaavat päänsä. Kysymys kuuluu kuinka?
- Mutta Alexandrian kirjasto poltettiin turhaan ... On sääli ...

Guest_napTu3aH_ * 7. marraskuuta 2007

mielenkiintoinen tarjous, ja mikä tämä komponentti on?

  mutta ongelmana on, että se sisältyy saveihin molekyylitasolla, ts. millään kemiallisella, fyysisellä tavalla et saa häntä ulos sieltä, jos joku onnistuu antamaan hänelle NOBELin ...

Jos tämä olisi totta, toveri ei olisi kirjoittanut, että hän leikkaa NIVA: n ja kantaa 500 kg kukin, mutta hän olisi ansainnut jotain enemmän ...

   7. marraskuuta 2007

Työskentelen yrityksessä, joka käsittelee mineraaleja.
  Itse asiassa, kuten edellä mainittiin, alumiinin savipitoisuus on jopa 87%,
  mutta ongelmana on, että se sisältyy saveihin molekyylitasolla, ts. ei kemiallisia, fysikaalisia
  tapa, jolla et päästä häntä ulos sieltä, jos joku onnistuu antamaan hänelle NOBELin ...

Jos tämä olisi totta, toveri ei olisi kirjoittanut, että hän leikkaa NIVA: n ja kantaa 500 kg kukin, mutta hän olisi ansainnut
  jotain muuta ...

Ja niin, muuten, maaperän laittomasta käytöstä myös rikosoikeudellinen vastuu voi sattua.
  (joten minusta näyttää siltä, \u200b\u200bettä tämä on avioero ...)

vain elektrolyysi. Mutta miten organisoida IT kotona? Epäilen, että ihmiset halusivat nostaa päätuen komponenttiin, jota ei ole siellä. Ja me voimme yksinkertaisesti, kuten Nobel-palkinnon saaja-praffesar.
:-)

   29. lokakuuta 2008

Alumiinin valmistustekniikka

Kuinka saada alumiinia?

Alumiinia on kaikkialla - kaksisataa viisikymmentä mineraalia sisältävät sitä. Mutta sen hyödyntäminen mistä tahansa mineraalista tai savista ei ole kannattavaa. Jos yksi kymmenesosa savea on alumiinia, sinun ei pidä vaivautua. Liian kallis vapauttaa hänet. Mutta jos voit saada kilogramman alumiinia yhdistettynä happeen kahdesta kilogrammasta savea, se on toinen asia. Tällaisia \u200b\u200bsavia (joskus kiviä), joissa on runsaasti alumiinia, on. Ja maassamme niitä on monia. Niitä kutsutaan BOXITSiksi.

Ensinnäkin alumiinioksidi on uutettava bauksiitista. Alumiinioksidilla on myös toinen nimi - alumiinioksidi.

Tietyt alumiinioksidityypit. Esimerkiksi hiukkasia, joita käytettiin veitsien puhdistamiseen. Nämä ovat epätavallisen kovan kivi - korundi - jyviä. He käyttävät sitä terästyökalujen, veitsien hiomiseen. Ja korundi on alumiinioksidia, alumiinioksidia.

Alumiinioksidin erottaminen bauksiitista on vaikea ja pitkä työ. Sitä suoritetaan alumiinisulattimien kemikaalikaupoissa. Alumiinioksidin hankkiminen on kuitenkin vain puoli taistelua. Alumiinin saamiseksi happi on myös poistettava alumiinioksidista. Kaada tätä varten sulaa alumiinioksidia grafiitista valmistettuihin kylpyammeisiin ja johda sen läpi vahva sähkövirta. Nykyinen tarvitsee paljon. Siksi alumiinintuotantolaitokset rakennetaan aina voimakkaiden voimalaitosten lähellä.

Yksi erittäin kyseenalainen legenda kertoo, että kerran mies, jolla oli metalli, murtumaton kulho, tuli Rooman keisarille Tiberiukselle (42 eKr. - 37 jKr.). Maljan materiaalin väitettiin saaneen alumiinioksidia (Al2O3), ja sen vuoksi sen piti olla alumiinia. Tiberius pelkäsi, että tällainen savimetalli voi arvon alentaa kultaa ja hopeaa, käski miehen katkaista erikseen. Tätä tietämystä on tietysti vaikea uskoa: natiivia alumiinia ei esiinny luonnossa, ja Rooman valtakunnan aikana ei voinut olla teknisiä keinoja, jotka mahdollistaisivat alumiinin erottamisen sen yhdisteistä.

Luonnossa esiintyvyyden suhteen alumiini on metallien joukossa ensisijainen; sen pitoisuus maankuoressa on 7,45%. Alumiinista huolimatta sen laajalle levinnyt luonne myöhään XIX   vuosisata kuului harvinaisten metallien lukumäärään. Puhtaassa muodossaan alumiinia ei esiinny sen korkean kemiallisen aktiivisuuden vuoksi. Sitä esiintyy pääasiassa yhdisteinä, joissa on happea ja piialumiinisilikaatteja.

Alumiinimalmit voivat toimia vain malmeissa, joissa on runsaasti alumiinioksidia (Al2O3) ja joita esiintyy suurissa massoissa maan pinnalla. Näihin kiviin kuuluu bauksiitti, nefeliini - (Na, K) 2O? Al203? 2SiO2, aleniitit - (Na, K) 2SO4? Al2 (S04) 3? 4Al (OH) 3 ja kaoliinit (savi), maasälpä (ortoklaasi) - K2O? Al2O3? 6SiO2.

Tärkein alumiinin tuotannon malmi on boksiitti. Niissä oleva alumiini sisältyy hydroksidien Al (OH), AlOOH, korundi Al2O3 ja kaoliniitti Al2O3 muodossa. 2SiO2? 2H2O. Kemiallinen koostumus   boksiittikompleksi: 28 - 70% alumiinioksidia; 0,5 - 20% piidioksidi; 2 - 50% rautaoksidia; 0,1-10% titaanioksidia. Viime aikoina nefeliiniä ja alaniittia on käytetty malmina.

Suuret boksiittiesiintymät sijaitsevat Uralissa, Leningradin alueen Tikhvinin alueella, Altai- ja Krasnojarskin alueilla.

Nefeliini (K? Na2O? Al2O3? 2SiO2) on osa apatitonefeliinikiviä (Kuolan niemimaalla).
Tanskalainen fyysikko eristi alumiinin ensimmäisessä muodossa vapaassa muodossa vuonna 1825 Oerstedin vaikutuksella kaliumamalgaamilla alumiinikloridiin. Vuonna 1827 Saksalainen kemisti Weller paransi Oerstedin menetelmää korvaamalla kaliumamalgaamin metallisella kaliumilla: AlCl3 + 3K\u003e 3KCl + Al (reaktio etenee vapauttaen lämpöä).
Alumiinioksidin tuotantosuunnitelma Bayer-menetelmän mukaisesti

Vuonna 1854 St. Clair Deville Ranskassa käytti ensimmäistä kertaa Weler-menetelmää alumiinin teolliseen tuotantoon käyttämällä halvempaa natriumia kaliumin sijasta ja hygroskooppisen alumiinikloridin sijasta stabiilimpaa kaksoisalumiinikloridia ja natriumia. Vuonna 1865 venäläinen fyysikko-kemisti NN Beketov osoitti mahdollisuuden syrjäyttää alumiini magnesiumilla sulasta kryoliitista. Tätä reaktiota käytettiin vuonna 1888 alumiinin tuotantoon ensimmäisessä saksalaisessa tehtaassa Gmelingenissä. Alumiinin valmistus näillä ns. Kemiallisilla menetelmillä suoritettiin vuosina 1854 - 1890. 35 vuotta näiden menetelmien avulla saatiin yhteensä noin 20 tonnia alumiinia.

Viimeisen vuosisadan 80-luvun lopulla kemialliset menetelmät   korvasi elektrolyyttisen menetelmän, joka antoi mahdolliseksi alentaa alumiinin kustannuksia jyrkästi ja loi edellytykset alumiiniteollisuuden nopealle kehitykselle. Alumiinin tuotantoon tarkoitetun nykyaikaisen elektrolyyttisen menetelmän perustajat, Eru Ranskassa ja Hall USA: ssa, tekivät itsenäisesti vuonna 1886 melkein samat hakemukset patentoidakseen menetelmä alumiinin tuottamiseksi sulaan kryoliittiin liuenneen alumiinioksidin elektrolyysillä. Eru- ja Hall-patenttien tulon jälkeen on alkanut moderni alumiiniteollisuus, joka on yli 115 vuoden aikana kasvanut yhdeksi suurimmista metallurgiasektoreista.

Alumiinin valmistusprosessi koostuu kolmesta päävaiheesta:

1). Alumiinioksidin (Al2O3) saaminen alumiinimalmista;

2). Alumiinin saaminen alumiinioksidista;

3). Alumiinin jalostus.

Alumiinioksidin saaminen malmista.

Alumiinioksidia valmistetaan kolmella tavalla: emäksinen, hapan ja elektrolyyttinen. Emäksistä menetelmää käytetään laajimmin (K. I. Bayerin menetelmä, kehitetty Venäjällä ennen viime vuosisadan loppua ja jota käytettiin korkealaatuisen boksiitin käsittelemiseen pienellä määrällä (jopa 5-6%) piidioksidia). Siitä lähtien sen tekninen toteutus on parantunut huomattavasti. Bayer-menetelmän mukainen alumiinioksidin tuotantosuunnitelma on esitetty kuvassa. 1.

Menetelmän ydin on, että alumiiniliuokset hajoavat nopeasti, kun niihin johdetaan alumiinihydroksidia, ja liuos, joka jää hajoamisen jälkeen voimakkaan sekoittamisen jälkeen lämpötilassa 169 - 170 ° C, voi liuottaa uudelleen boksiitin sisältämän alumiinioksidin. Tämä menetelmä koostuu seuraavista perustoiminnoista:

1). Bauksiitin valmistus, joka koostuu sen murskaamisesta ja jauhamisesta myllyissä; tehtaille syötetään boksiittia, kaustista alkalia ja pieni määrä kalkkia, mikä parantaa Al2O3: n vapautumista; saatu massa syötetään uuttumiseen;

2). Bauksiitin vuotaminen (äskettäin käytetyt pyöreät autoklaaviosat korvataan osittain putkimaisilla autoklaaveilla, joissa liuotus tapahtuu lämpötiloissa 230 - 250 ° C (500-520 K)), mikä koostuu sen kemiallisesta hajoamisesta vuorovaikutuksesta vesiliuos   emäkset; alkalin kanssa kosketuksessa olevat alumiinioksidin hydraatit kulkevat liuokseen natriumaluminaatin muodossa:

AlOOH + NaOH → NaAlO2 + H20

Al (OH) 3 + NaOH → NaAlO2 + 2H20;

Si02 + 2NaOH → Na2Si03 + H20;

liuoksessa natriumaluminaatti ja natriumsilikaatti muodostavat liukenemattoman natriumaluminosilikaatin; titaanin ja raudan oksidit kulkeutuvat liukenemattomaan jäännökseen, jolloin jäännös muuttuu punaiseksi; tätä jäännöstä kutsutaan punaiseksi mutaksi. Kun liukeneminen on päättynyt, syntynyt natriumaluminaatti laimennetaan vesipitoisella alkaliliuoksella alentamalla lämpötilaa 100 ° C;

3). Aluminaattiliuos erotetaan punaisesta mudasta yleensä pesemällä erityisillä sakeutusaineilla; seurauksena punainen muta laskeutuu, ja aluminaattiliuos tyhjennetään ja suodatetaan (kirkastetaan). Rajoitettuina määrinä lietteitä käytetään esimerkiksi lisäaineena sementtiin. Bauksiittiluokasta riippuen 1–1 tonnia saatua alumiinioksidia vastaa 0,6–1,0 tonnia punaista mutaa (kuiva jäännös);

4). Aluminaattiliuoksen hajoaminen. Se suodatetaan ja pumpataan suuriin astioihin sekoittimien (hajottajien) kanssa. Jäähdytettynä 60 ° C: ssa (330 K) ja jatkuvaa sekoittamista alumiinihydroksidi Al (OH) 3 uutetaan ylikyllästetystä liuoksesta. Koska tämä prosessi etenee hitaasti ja epätasaisesti, ja alumiinihydroksidikiteiden muodostumisella ja kasvulla on suuri merkitys sen jatkokäsittelyn aikana, hajoajiin lisätään suuri määrä kiinteää hydroksidia:

Na2O ּ Al2O3 + 4H20 → Al (OH) 3 + 2NaOH;

5). Alumiinihydroksidin allokointi ja sen luokittelu; tämä tapahtuu hydrosykloneissa ja tyhjiösuodattimissa, joissa sakka, joka sisältää 50-60% Al (OH) -hiukkasia, eristetään aluminaattiliuoksesta. Merkittävä osa hydroksidista palautetaan hajoamisprosessiin siemenmateriaalina, joka pysyy liikkeessä vakioina määrinä. Jäännös vedellä pesun jälkeen menee kalsinointiin; suodos palautetaan myös liikkeeseen (haihduttimissa väkevöinnin jälkeen uuden bauksiitin uuttamiseksi);

6). Alumiinihydroksidin kuivuminen (kalsinointi); tämä on viimeinen alumiinioksidin tuotantotoimenpide; se suoritetaan putkimaisissa pyörivissä uuneissa ja äskettäin myös uuneissa, joissa materiaalin liikettä pyöritetään lämpötilassa 1150 - 1300 ° C; raaka alumiinihydroksidi, joka kulkee pyörivän uunin läpi, kuivataan ja dehydratoidaan; kuumennettaessa tapahtuu peräkkäin seuraavat rakennemuutokset:

Al (OH) 3 → AlOOH → y-Al2O3 → a-Al203
Katodina toimivassa pohjassa saostunut nestemäinen alumiini on raskaampaa kuin elektrolyyttisuola sulaa, joten se kerätään hiilipohjaan, josta se säännöllisesti pumppataan

Lopulta kalsinoidussa alumiinioksidissa on 30-50% a-Al2O3 (korundi), loput y-Al2O3.

Tällä menetelmällä uutetaan 85-87% saadusta alumiinioksidista. Tuloksena oleva alumiinioksidi on kestävä kemiallinen yhdiste   sulamispiste 2050 ° C.

Alumiinin saaminen sen oksidista

Alumiinioksidin elektrolyysi

Kryoliittipohjaiseen sulaan liuotetun alumiinioksidin elektrolyyttinen pelkistys suoritetaan 950 - 970 ° C: ssa elektrolysaattorissa. Kenno koostuu hiililohkoilla vuoratusta kylvystä, jonka pohjaan syötetään sähkövirta. Katodina toimivasta pohjasta saostunut nestemäinen alumiini on raskaampaa kuin elektrolyyttisuolasula, siksi se kerätään kivihiilipohjaan, josta se ajoittain pumpataan (kuva 2). Ylhäältä lukien elektrolyyttiin upotetaan hiilianodeja, jotka palavat alumiinioksidista vapautuneen hapen ilmakehässä vapauttaen hiilimonoksidia (CO) tai hiilidioksidia (CO2). Käytännössä käytetään kahta anodityyppiä:

a) itse kypsyvät Zederberg-anodit, jotka koostuvat briketistä, ns. "leivistä" Zederbergin massasta (vähän tuhkaa sisältävä kivihiili, jossa on 25-35% kivihiilitervan pikiä), pakattu alumiinikuoreen; korkean lämpötilan vaikutuksesta anodimassa poltetaan (sintrattu);

b) hehkutettu tai "jatkuva" anodi suurista hiililohkoista (esimerkiksi 1900 × 600 × 500 mm, paino noin 1,1 tonnia).

Elektrolysaattoreiden virran voimakkuus on 150 000 A. Ne on kytketty verkkoon sarjassa, ts. Saadaan järjestelmä (sarja) - pitkä sarja elektrolysaattoreita.

Kylvyn kylpyjännite, joka on 4-5 V, on huomattavasti korkeampi kuin jännite, jolla alumiinioksidin hajoaminen tapahtuu, koska järjestelmän eri osien jännitehäviöt ovat väistämättömiä toiminnan aikana. Raaka-aineiden ja energian tasapaino tuotettaessa 1 tonnia alumiinia on esitetty kuvassa. 3.

Raaka-aineiden ja energian tasapaino tuotettaessa 1 tonnia alumiinia

Alumiinikloridin elektrolyysi (Alcoa-menetelmä)

Reaktioastiassa alumiinioksidi muunnetaan ensin alumiinikloridiksi. Sitten tiheästi eristetyssä hauteessa tapahtuu KCl: n ja NaCl: n sulaan suolaan liuenneen AlCl3: n elektrolyysi. Tämän prosessin aikana vapautunut kloori imetään pois ja syötetään toissijainen käyttö; alumiini kerrostuu katodiin.

Tämän menetelmän edut verrattuna nestekryyliitti-alumiinioksidisulatteen (kriittiseen Na3AlF6: seen liuotetun Al2O3: n) elektrolyysiin ovat: energian säästö jopa 30%; - mahdollisuus käyttää alumiinioksidia, joka ei sovellu perinteiseen elektrolyysiin (esimerkiksi Al2O3 kanssa korkea sisältö   Pii); korvaamalla kallis kryoliitti halvemmilla suoloilla; fluorin vapautumisvaaran katoaminen.

Alumiinikloridin pelkistys mangaanilla (Toth-menetelmä)

Kun mangaani pelkistetään alumiinikloridista, alumiini vapautuu. Kontrolloidun kondensaation kautta klooriin liittyvät epäpuhtaudet vapautuvat mangaanikloridivirrasta. Kloorin vapautuessa mangaanikloridi hapetetaan mangaanioksidiksi, joka sitten pelkistetään kierrätettäväksi mangaaniksi. Nykyisten julkaisujen tiedot ovat erittäin epätarkkoja, joten tässä tapauksessa sinun on luovuttava menetelmän arvioinnista.

Saadaan puhdistettua alumiinia

Alumiinille elektrolyysin puhdistaminen vesipitoisten suolaliuosten hajotuksella ei ole mahdollista. Koska teollisen alumiinin (Al 99,5 - Al 99) puhdistustaso, joka saadaan kryoliitti-alumiinioksidisulatuksen elektrolyysillä, on riittämätön, vielä puhtaampaa alumiinia (Al 99, 99 R) saadaan teollisesta alumiinista tai metallijätteistä puhdistamalla. puhdistaminen - kolmikerroksinen elektrolyysi.

Kolmikerroksinen elektrolyysin puhdistus

Korjattuna teräslevyllä, joka toimii vakiovirralla (esitetty kuvassa 4), puhdistuskylpy koostuu kivihiilikatteesta, jossa on virtajohdot ja lämpöä eristävä magnesiittivuori. Vastoin kryoliitti-alumiinioksidisulatuksen elektrolyysiä, tässä on yleensä anodi sulan puhdistettu metalli (alempi anodikerros). Elektrolyytti koostuu puhtaista fluorideista tai bariumkloridin, alumiinin ja natriumfluoridien seoksesta (keskikerros). Elektrolyytin anodikerroksesta liukeneva alumiini vapautuu elektrolyytin (ylemmän katodikerroksen) yläpuolelle. Puhdas metalli toimii katodina. Virta syötetään katodikerrokseen grafiittielektrodilla.

puhdistava kylpy

Kylpy toimii lämpötilassa 750-800 ° C, energiankulutus on 20 kW ּ h / kg puhdasta alumiinia, ts. Hiukan korkeampi kuin tavanomaisella alumiinielektrolyysillä.

Anodin metalli sisältää 25 - 35% Cu: ta; 7 - 12% Zn; 6-9% Si; korkeintaan 5% Fe ja pieni määrä mangaania, nikkeliä, lyijyä ja tinaa, loput (40-55%) on alumiinia. Kaikki raskasmetallit ja pii puhdistuksen aikana jäävät anodikerrokseen. Magnesiumin läsnäolo elektrolyytissä johtaa ei-toivottuihin muutoksiin elektrolyytin koostumuksessa tai sen voimakkaaseen kuonaamiseen. Magnesiumin poistamiseksi magnesiumia sisältävä kuona käsitellään flusseilla tai kaasumaisella kloorilla.

Jalostamisen tuloksena saadaan puhdasta alumiinia (99,99%) ja segregaatiotuotteita (zager-tuote), jotka sisältävät raskasmetalleja ja piitä ja vapautuvat alkalisen liuoksen ja kiteisen jäännöksen muodossa. Emäksinen liuos on jätettä, ja kiinteää jäännöstä käytetään hapettumiseen.

Puhdistetulla alumiinilla on yleensä seuraava koostumus,%: Fe 0,0005-0,002; Si 0,002-0,005; Cu 0,0005-0,002; Zn 0,0005-0,002; Mg-jäljet; Al loput.

Puhdistus organoalumiini-kompleksiyhdisteillä ja vyöhykkeiden sulaminen

Alumiinia, jonka puhtausaste on suurempi kuin A1 99,99 R, voidaan saada puhdistamalla puhtaan tai teknisesti puhtaan alumiinin elektrolyysiä käyttämällä elektrolyyttinä kompleksisia alumiiniorgaanisia alumiiniyhdisteitä. Elektrolyysi tapahtuu noin 1000 ° C: n lämpötilassa kiinteiden alumiinielektrodien välillä ja on periaatteessa samanlainen kuin kuparin puhdistava elektrolyysi. Elektrolyytin luonne sanelee tarpeen työskennellä ilman ilmaa ja pienellä virrantiheydellä.

Tämän tyyppinen puhdistava elektrolyysi, jota alun perin käytettiin vain laboratoriomittakaavassa, suoritetaan jo pienellä tuotantomäärällä - vuosittain tuotetaan useita tonneja metalleja. Tuloksena olevan metallin nimellinen puhdistusaste on 99,999-99,9999%. Tämän puhtauden metallin mahdollisia sovelluksia ovat kryogeeninen sähkötekniikka ja elektroniikka.

Galvanoinnissa on mahdollista käyttää harkittua puhdistusmenetelmää.

Vielä korkeampi puhtaus - nimellisesti aina A199.99999 asti - voidaan saada aikaan myöhemmällä metallin sulatusalueella. Kun prosessoidaan erittäin puhdasta alumiinia puolivalmiiksi tuotteiksi, arkki tai lanka on välttämätöntä, ottaen huomioon matala lämpötila   metallin uudelleenkiteyttäminen, noudata erityisiä varotoimenpiteitä. Puhdistetun metallin merkittävä ominaisuus on sen korkea sähkönjohtavuus kryogeenisten lämpötilojen alueella.

Toissijaisen alumiinin saaminen

käsittely kierrätettävät materiaalit ja tuotantojätteet ovat kustannustehokkaita. Tuloksena olevat sekundääriseokset tyydyttävät noin 25% alumiinin kokonaiskysynnästä.

Toissijaisten seosten tärkein käyttöalue on alumiinimuotoisten valukappaleiden valmistus. DIN 1725 -standardiarkissa 2 annetaan vakiolejeerinkilaatujen lisäksi lukuisia valimoiden tuottamia seoslaatuja. Näiden kasvien tuottamien seosten luettelo sisältää standardin lisäksi joitakin epästandardiseoksia.

Alumiiniromun virheetön valmistelu monenlaisissa mittasuhteissa voidaan suorittaa vain erikoisvarustetuissa sulatoksissa. Ajatus monimutkaisesta työnkulusta tällaisessa laitoksessa on esitetty kuvassa. 5.

Toissijaisen alumiinin saaminen

Jätteet sulatetaan uudelleen karkean esijyrsinnän jälkeen. Näihin jätteisiin sisältyvä rauta, nikkeli tai kupari, joiden sulamispiste on korkeampi kuin alumiinin sulamispiste, jää siihen sulatuksen aikana sulatuskynnyksen uunissa ja alumiini sulatetaan. Ei-metallisten sulkeumien poistamiseksi sellaisista jätteistä kuten oksidit, nitridit, karbidit tai kaasut, sulaa metallia käsitellään suoloilla tai (mikä on järkevämpää) kaasua puhalletaan kloorilla tai typellä.

Metallisten epäpuhtauksien poistamiseksi sulasta tunnetaan erilaisia \u200b\u200bmenetelmiä, esimerkiksi magnesiumlisäys ja evakuointi - Becksche-menetelmä; sinkki- tai elohopealisäaineet, joita seuraa evakuointi - subhalogeenimenetelmä. Magnesiumin poisto on rajoitettu kloorin lisäämiseen sulaan metalliin. Lisäämällä lisäaineita, jotka sulan koostumus määrittelee tarkasti, saadaan ennalta määrätty valettu seos.

Tuotanto teollisuuslaatuista alumiinia

Elektrolyyttinen menetelmä on ainoa, jota käytetään maailmanlaajuisesti teknisen puhtaan metallisen alumiinin valmistukseen. Kaikki muut menetelmät (sinkkitermiset, karbidotermiset, subkloridit, nitridit jne.), Joiden avulla alumiinia voidaan uuteta alumiinimalmista, kehitettiin laboratorio- ja pilottimittakaavassa, mutta niitä ei ole vielä löydetty käytännöllisestä käytöstä.

Alumiini-piiseosten saamiseksi käytetään menestyksekkäästi sähkötermistä menetelmää, joka kehitettiin ja toteutettiin ensin teollisessa mittakaavassa Neuvostoliitossa. Se koostuu kahdesta vaiheesta: ensimmäisessä vaiheessa primaarinen alumiini-piiseos, jonka pitoisuus on 60-63% Al, saadaan pelkistämällä alumiini-piimalmit malmin termisissä sähköuuneissa; toisessa vaiheessa primaariseos laimennetaan teknisellä alumiinilla, jolloin saadaan silumiini ja muut valetut ja muokatut alumiini-piiseokset. Parhaillaan tehdään tutkimuksia teknisen laadun alumiinin uuttamiseksi pääseoksesta.

Yleensä alumiinin tuottaminen elektrolyyttisellä menetelmällä sisältää alumiinioksidin (alumiinioksidin) tuotannon alumiinimalmeista, fluorisuolojen (kryoliitti, alumiinifluoridi ja natriumfluoridi) tuotannon, hiilianodimassan, kalsinoidun hiili-anodin ja katodilohkojen sekä muiden vuorausmateriaalien tuotannon sekä alumiinin varsinainen elektrolyyttinen tuotanto, joka on nykyaikaisen alumiinimetallurgian viimeinen vaihe.

Alumiinioksidin, fluorisuolojen ja hiilituotteiden valmistukselle on ominaista vaatimus suurin aste   Näiden materiaalien puhtaus, koska elektrolyysiin altistetut kryoliitti-alumiinioksidisulat eivät saisi sisältää epäpuhtauksia elektrolyyttisesti positiivisemmista elementeistä kuin alumiini, mikä katodin päästäessä pääasiassa saastuttaisi metallin.

Alumiinioksidiluokissa G-00, G-0 ja G-1, joita käytetään pääasiassa elektrolyysiin, SiO2-pitoisuus on 0,02-0,05% ja Fe2O3 on 0,03-0,05%. Kryoliitti sisältää keskimäärin 0,36 - 0,38% SiO2: ta ja 0,05 - 0,06% Fe203 ja alumiinifluoridi 0,30 - 0,35% (SiO2 + Fe2O3). Anodimassa sisältää enintään 0,25% SiO2: ta ja 0,20% Fe2O3: a.

Tärkein alumiinimalmi, josta uutetaan alumiinioksidia, bauksiittia. Bauksiitissa alumiinia on alumiinihydroksidin muodossa. Neuvostoliitossa bauksiitin lisäksi alumiinioksidin valmistukseen käytetään nefeliinikiviä - natrium- ja kaliumaluminosilikaattia sekä aluniittikiviä, joissa alumiini on sulfaatinsa muodossa. Anodimassan ja kalsinoitujen anodilohkojen valmistuksen raaka-aineet ovat hiilipuhtaita materiaaleja - maaöljy- tai piikkikoksia ja kivihiilitervapigiä sideaineena ja kalsiumfluoridia (fluorihappoa) kryoliitin ja muiden fluori- suolojen valmistukseen.

Alumiinin elektrolyyttisen tuotannon aikana sulaan kryoliittiin Na3AlF6 liuotettu alumiinioksidi Al2O3 hajoaa sähkökemiallisesti katodin (nestemäinen alumiini) alumiinikationien ja happea sisältävien ionien (happea-ionien) purkautuessa hiili-anodiin.

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan sulassa tilassa oleva kryoliitti dissosioituu ioneiksi ja: alumiinioksidista kompleksisiksi ioneiksi ja: jotka ovat tasapainossa yksinkertaisten ionien kanssa:,.

Tärkein katodilla tapahtuva prosessi on kolmiarvoisten alumiini-ionien pelkistäminen: Al3 + + 3e → Al (I).

Pääprosessin ohella on mahdollista suorittaa epätäydellinen kolmenarvoisten alumiini-ionien purkaminen, jolloin muodostuu yksiarvoisia ioneja: Al3 + + 2e → Al + (II), ja lopulta, metalli kehittyvien monovalenttien ionien purkautuminen: Al + + e → Al (III).

Tietyissä olosuhteissa (suhteellisen korkea Na + -ionipitoisuus, korkea lämpötila jne.) Natriumionien purkautuminen voi tapahtua vapauttamalla metalli: Na + + e → Na (IV). Reaktiot (II) ja (IV) aiheuttavat alumiinivirran heikentymisen.

Hiilianodilla happea ionit purkautuvat: 2O2– - 4e → O2. Happia ei kuitenkaan vapauteta vapaassa muodossaan, koska se hapettaa anodin hiiltä muodostaen CO2: n ja CO: n seoksen.

Elektrolyzerissä tapahtuvaa kokonaisreaktiota voidaan esittää yhtälöllä Al2O3 + xC ↔ 2Al + (2x - 3) CO + (3 - x) CO2.

Teollisuuden alumiinielektrolyyttien elektrolyytti sisältää pääkomponenttien - kryoliitin, alumiinifluoridin ja alumiinioksidin lisäksi pieniä määriä (yhteensä 8-9%) joitain muita suoloja - CaF2, MgF2, NaCl ja LiF (lisäaineet), jotka parantavat fysikaalista fysikaalisuutta. elektrolyytin kemialliset ominaisuudet ja lisäävät siten kennojen tehokkuutta. Alumiinioksidin enimmäispitoisuus elektrolyytissä on yleensä 6-8%, väheneen elektrolyysin aikana. Kun elektrolyytti on tyhjentänyt alumiinioksidista, siihen lisätään toinen osa alumiinioksidia. Alumiini-elektrolyysereiden normaalia toimintaa varten NaF: AlF3-suhde elektrolyytissä pidetään alueella 2,7 - 2,8 lisäämällä annoksia kryoliittia ja alumiinifluoridia.
Alumiinin valmistuksessa käytetään elektrolysaattoreita, joissa on itsestään syttyvät hiili-anodit ja sivu- tai ylävirran syöttö, samoin kuin elektrolysaattoreita, joissa on esisulatetut hiilianodit. Lupaavin malli elektrolyysereistä, joissa on leivotut anodit, mikä mahdollistaa yksikön yksikön tehon kasvattamisen, pienentää elektrolyysin suorittamaa tasavirtaenergiaa, saada puhtaampaa metallia, parantaa terveys- ja hygieniaolosuhteita ja vähentää haitallisten aineiden päästöjä ilmakehään.

Elektrolyysikennoista uutettu primaarialumiini (raa'asta alumiinista) sisältää joukon epäpuhtauksia, jotka voidaan jakaa kolmeen ryhmään: ei-metalliset (fluorisuolat, α- ja γ-alumiinioksidit, alumiinikarbidit ja nitridit, hiilihiukkaset, jotka ovat mekaanisesti mukana, kun kaadetaan metallia elektrolysaattorista ); metalli (rauta, pii), joka kulkee elektrolysaattorin raaka-aineista, hiilimateriaaleista ja rakenneosista; kaasumainen - pääasiassa vety, joka muodostuu metalliin elektrolyyttisesti raaka-aineiden mukana tulevan veden elektrolyyttisen hajoamisen seurauksena.

Metalliepäpuhtauksista sisältyy raudan ja piin lisäksi eniten galliumia, sinkkiä, titaania, mangaania, natriumia, vanadiinia, kromia ja kuparia.

Alumiinin pääasiallinen metallisten epäpuhtauksien lähde on alumiinioksidi, joka voi raaka-aineesta riippuen sisältää galliumia, sinkkiä, kaliumia, fosforia, rikkiä, vanadiinia, titaania ja kromia. Hiilimateriaalit (anodimassa, kalsinoidut anodit, katodituotteet) toimivat sellaisten mikroimmuuntimien lähteenä, kuten esimerkiksi vanadiini, titaani, mangaani, sinkki.

Kryoliitti-alumiinioksidisulattimien elektrolyysillä edellyttäen, että käytetään puhtaita raaka-aineita (pääasiassa alumiinioksidia ja hiilimateriaaleja), on mahdollista saada luokan A85 ja A8 raakaalumiini (99,85 ja 99,80%). Näiden laatuluokkien suurin osuus metallista (60-70% kokonaistuotannosta) saadaan elektrolyysereissä, joissa on leivotut anodit, sekä elektrolyysereissä, joissa on sivuvirta (jopa 70% kokonaistuotannosta). Elektrolysaattoreissa, joissa on itse kypsyvät anodit ja huippujännitteen lyijy, raa'an A8-alumiinin tuotantoa on vähän (1–3%), ja luokan A85 metallia ei voida saada, koska alumiiniin tulee raakaöljyä huomattavasti epäpuhtaista lähteistä (anoditapit, kaasukeräinten valuraudan osat). , teknologinen työkalu, katodikokoonpano).

Sula primaarialumiini, joka on uutettu elektrolyysereistä tyhjiökanan avulla, saapuu valimoosastoon puhdistamiseksi ei-metallisista ja kaasu-epäpuhtauksista ja jatkokäsittelyä varten kaupallisiksi tuotteiksi (harkot, lieriömäiset ja litteät harkot, valssilanka jne.). Raakaalumiini pidetään ennen valua sulassa tilassa sähkövastusuuneissa (sekoittimissa) tai kaasua heijastavissa uuneissa. Näissä uuneissa suoritetaan paitsi eri koostumusten nestemäisen alumiinin erien järkevä sekoittaminen myös osittain, ei-metallisista sulkeumista, oksidikalvoista ja natriumista.

Alumiini kaadetaan sekoittimesta harkoihin kuljettimen tyyppisillä valukoneilla; sylinterimäiset ja litteät valannot valmistetaan puolijatkuvan valumenetelmän avulla, ja valssilangan saamiseksi käytetään erityisiä yhdistettyjä valu- ja valssausyksiköitä.

Kotimaisissa alumiinisulatuksissa valanteiden valamisen yhteydessä sekoittimesta valukoneen muottiin tuleva alumiini puhdistetaan yksinkertaisimmassa muodossa - suodatetaan sulate lasikuitun läpi, jonka silmäkoko on 0,6 × 0,6 - 1,7 × 1,7 mm. Tämän menetelmän avulla voit puhdistaa alumiinin vain erittäin karkeista oksidisulkemisista; täydellisempi menetelmä sulan suodattamiseksi ylävirtaan olevan lasikuitun läpi. Tämän suodatusmenetelmän avulla sulavirta ei vangitse oksidi-sulkeumien hiukkasia, jotka törmäävät ristikkoon, vaan laskeutuvat valukaukalon alaosaan.

Alumiinin puhdistamiseen samanaikaisesti sekä ei-metallisista epäpuhtauksista että vedystä käytetään suodatusmenetelmää vuodesuodattimen läpi yhdessä typpipuhdistuksen kanssa. Fluxina voit käyttää alumiini-elektrolyysikennojen happamia elektrolyyttejä. Tällaisen puhdistuksen seurauksena vetypitoisuus alumiinissa laskee 0,22 - 0,16 cm3 / 100 g metallia.

Al-Mg-seosten tuotannossa käytetyn primaarialumiinin natriumpitoisuus ei saisi olla yli 0,001%. Tämä johtuu siitä, että natriumin läsnäolo näissä seoksissa heikentää useilla kansantalouden aloilla käytettyjen tuotteiden mekaanisia ja muita käyttöominaisuuksia.

Eniten tehokas menetelmä Alumiinin samanaikainen puhdistaminen natrium-, vety- ja ei-metallisista epäpuhtauksista on sulan metallin puhdistaminen typpikaasuseoksella 2-10% kloorilla, joka johdetaan sulaan pienten kuplien muodossa erityislaitteiden avulla. Tämä jauhatusmenetelmä mahdollistaa alumiinin natriumpitoisuuden alentamisen 0,0003 - 0,001%: iin kaasuseoksen virtauksella 0,8 - 1,5 m3 / t metallia.

Sähkönkulutus 1 tonnin myydyn alumiinin tuottamiseksi raa'asta metallista sähköuuneja käytettäessä on 150-200 kWh; metallin palautumaton menetys valimoissa on yhtä suuri kuin 1,5 - 5% riippuen markkinoitavissa olevien tuotteiden tyypistä.

Saadaan erittäin puhdasta alumiinia

Erittäin puhtaan alumiinin (laatu A995-A95) saamiseksi primaarialumiini, joka on teknisen puhdasta, puhdistetaan elektrolyyttisesti. Tämä antaa mahdollisuuden vähentää metallisten ja kaasumaisten epäpuhtauksien pitoisuuksia alumiinissa ja lisätä siten merkittävästi sen sähkönjohtavuutta, taipuisuutta, heijastavuutta ja korroosionkestävyyttä.

Alumiinin elektrolyyttinen puhdistus suoritetaan sulan suolojen elektrolyysillä kolmikerrosmenetelmällä. Menetelmän ydin on seuraava. Puhdistuskennossa on kolme sulaa kerrosta. Alempi, raskain, on johtavassa tulisijassa ja toimii anodina; Sitä kutsutaan anodiseokseksi ja se on puhdistetun alumiinin seosta kuparin kanssa, joka lisätään kerroksen raskaammaksi tekemiseksi. Keskimmäinen kerros on sulaa elektrolyyttiä; sen tiheys on pienempi kuin anodiseoksen tiheys ja korkeampi kuin puhtaan puhdistetun (katodi) alumiinin tiheys, joka sijaitsee elektrolyytin yläpuolella (ylempi, kolmas nestekerros).

Anodisen liukenemisen aikana kaikki epäpuhtaudet ovat elektropositiivisempia kuin alumiini (Fe, Si, Ti, Cu jne.) Ja pysyvät anodisessa seoksessa kulkematta elektrolyyttiin. Vain alumiini liukenee anodisesti, mikä Al3 + -ionien muodossa kulkee elektrolyyttiin: Al - 3e → Al3 +.

Elektrolyysin aikana alumiini-ionit siirtyvät katodiin, jolle ne puretaan: Al3 + + 3e → Al. Seurauksena kerros sulaa puhdistettua alumiinia kerääntyy katodiin.

Jos anodiseoksessa on epäpuhtauksia, jotka ovat enemmän elektronegatiivisia kuin alumiini (esimerkiksi Ba, Na, Mg, Ca), ne voivat liueta sähkökemiallisesti yhdessä anodin alumiinin kanssa ja siirtyä elektrolyyttiin ionien muodossa. Koska raa'assa alumiinissa on sähkön negatiivisten epäpuhtauksien pitoisuus, ne eivät kerää huomattavaa määrää elektrolyyttiin. Näiden ionien purkautumista katodista ei käytännössä tapahdu, koska niiden elektrodipotentiaali on elektronegatiivinen kuin alumiini.

Alumiinin elektrolyyttisen puhdistuksen elektrolyyttinä Neuvostoliitossa ja useimmissa maissa käytetään klorofluoridielektrolyyttiä, jonka koostumus on 55-60% BaCl2, 35-40% AlF4 + NaF ja 0-4% NaCl. NaF: AlF3: n moolisuhde tukee 1,5-2,0; elektrolyytin sulamispiste 720 - 730 ° C; elektrolyysiprosessin lämpötila on noin 800 ° C; elektrolyytin tiheys 2,7 g / cm3.

Anodiseos valmistetaan primaarialumiinista ja puhtaasta kuparista (99,90-99,95% Cu), jota lisätään metalliin määränä 30 - 40%. Tämän koostumuksen nestemäisen anodiseoksen tiheys on 3-3,5 g / cm3; puhtaan sulan katodisen alumiinin tiheys on 2,3 g / cm3. Tällä tiheyssuhteella luodaan olosuhteet, jotka ovat tarpeen kolmen sulan kerroksen hyvään erottamiseen.

Kvaternäärisessä Al-Cu-Fe-Si-järjestelmässä, johon anodiseos kuuluu, muodostuu eutektiikka, jonka sulamispiste on 520 ° C. Jäähdyttämällä anodista seosta, joka sisältää rauta- ja pii-epäpuhtauksia eutektisia pitoisuuksia suurempina määrinä, on mahdollista erottaa rauta ja pii kiinteään faasiin FeSiAl5: n ja Cu2FeAl7: n välillä metallien välisinä yhdisteinä. Koska anodiseoksen lämpötila elektrolysaattorin taskuissa on 30–40 ° C alempi kuin anodiseoksen lämpötila kylvyn työtilassa, niistä vapautuu kiinteitä metallien välisiä saostumia (radan ja piin kerääntyessä anodiseoksessa). Poistamalla nämä saostumat määräajoin, ne puhdistavat anodiseoksen (päivittämättä sitä) raudan ja piin epäpuhtauksista. Koska gallium on väkevöity anodiseoksessa, elektrolysaattorista uutetut sakat (30–40 kg / 1 alumiinitonni) voivat toimia tämän metallin lähteenä.

Elektrolyyttiseen puhdistukseen käytetään elektrolyysereitä, jotka suunnittelussa muistuttavat elektrolyysereitä, joissa on paistettuja anodeja primaarialumiinin elektrolyyttistä tuotantoa varten, mutta joilla on erilainen napayhteys: tulisija toimii anodina ja ylempi elektrodirivi katodina. Modernit alumiinin elektrolyyttistä puhdistamista varten tarkoitetut elektrolyytit on suunniteltu jopa 75 kA: n virroille.

Elektrolysaattorista kaadetun metallin laskettu sähkökemiallinen virran hyötysuhde on 97-98%. Todellinen virran hyötysuhde laskettuna myytävän metallin määrällä on 92-96%.

Tärkein tekijä, joka vähentää virran hyötysuhdetta, sen lisäksi, että suoritetaan enemmän sähköä negatiivisten ionien purkautumista, sen hapettumisesta johtuvia metallihäviöitä ja alumiinin mekaanisia häviöitä, on elektrolyysereiden toiminta, joka vapauttaa lajittelemattoman metallin, joka palaa jälleen anodiseokseen myöhempää puhdistusta varten. Nämä kennojen toimintajaksot tapahtuvat kennojen käynnistyksen ja teknologisen järjestelmän rikkomusten aikana.

Alumiinin elektrolyyttinen puhdistaminen on erittäin energiaintensiivinen tuotanto. Sähkönkulutus vaihtovirralla, mukaan lukien elektrolyytin ja anodiseoksen valmistukseen, ilmanvaihtolaitteiden ja ajoneuvojen toimintaan käytetty energia, samoin kuin menetykset vaihtovirtaa muuntamalla tasavirraksi, on 18,5 - 21,0 tuhatta kWh / 1 t alumiinia. Elektrolyyttisten kennojen puhdistamisen energiatehokkuus ei ylitä 5-7%, ts. 93-95% energiasta kuluu lämpöhäviön muodossa, joka syntyy pääasiassa elektrolyyttikerroksessa (noin 80-85% kokonaislämmöstä). Siksi pääasiallisia tapoja vähentää edelleen ominaista energiankulutusta alumiinin elektrolyyttiselle puhdistamiselle ovat elektrolysaattorin (erityisesti rakenteen yläosan) lämpöeristyksen parantaminen ja elektrolyyttikerroksen vähentäminen (pienentämällä elektrodien välistä etäisyyttä).

Alumiinin puhtaus, puhdistettu kolmikerrosmenetelmällä, 99,995%; se määritetään erotuksella viidellä pääasiallisella epäpuhtaudella - raudalla, piillä, kuparilla, sinkillä ja titaanilla. Tämän merkin tuotetun metallin määrä voi olla 45-48% kokonaistuotannosta (ilman sen laajentamista alemmilla laatuilla).

On kuitenkin huomattava, että elektrolyyttisesti jalostetussa alumiinissa muiden metallien epäpuhtaudet ovat pienempiä, mikä vähentää tällaisen alumiinin absoluuttista puhtautta. Radioaktiivisen analyysin avulla voidaan havaita jopa 30 epäpuhtautta elektrolyyttisesti jalostetussa alumiinissa, jonka kokonaispitoisuus on noin 60 ּ 10–4%. Siksi puhdistetun alumiinin puhtaus eroina näiden epäpuhtauksien kanssa on 99,994%.

GOST: n tarjoamien epäpuhtauksien (ks. Taulukko 1.1) lisäksi yleisin laatu (A99) sisältää elektrolyyttisesti puhdistettua alumiinia,%: Cr 0,00016; V 0,0001; Ga 0,0006; Pb 0,002; Sn 0,00005; Ca 0,002-0,003; Na 0,001 - 0,008; Mn 0,001 - 0,007; Mg 0,001 - 0,007; kuten<0,0001; Sb<0,00002; Bi<0,00001; Cd<0,000001; S 0,0007.

Yksi katodialumiini-pilaantumisen lähteistä on grafiitti alasjohtimet, jotka sisältävät rautaa ja piioksidia ja ovat jatkuvasti kosketuksissa puhdistetun alumiinin kanssa. Jos virta syötetään suoraan katodialumiinille alumiinitankoilla ja käytetään erittäin puhdasta grafiittityökalua, on mahdollista saada metalli, jonka puhtaus on 99,999% havaittujen epäpuhtauksien (Fe, Si, Cu, Zn ja Ti) erotuksesta. Tällainen metalli sisältää keskimäärin%: Si 0,0002; Fe 0,00032; Cu 0,0002; Zn 0,0002 ja Ti 0,00005. Teknisten vaikeuksien vuoksi tätä virran syöttötapaa ei kuitenkaan ole vielä löydetty laajasta teollisesta sovelluksesta.

Tuotanto erittäin puhdasta alumiinia

Erittäin puhdasta alumiinia (luokka A999) voidaan saada kolmella tavalla: vyöhykkeiden sulaminen, tislaus subhalidien avulla ja alumiini-orgaanisten yhdisteiden elektrolyysi. Edellä mainituista menetelmistä erittäin puhtaan alumiinin tuottamiseksi, Neuvostoliitossa saatiin käytännöllinen menetelmä vyöhykkeiden sulattamiseksi.

Vyöhykkeen sulattamisen periaate on sulan vyöhykkeen useaan kertaan kulkeminen alumiiniharkkoa pitkin. Jakautumiskertoimien suuruudella K \u003d Stv / Sr (missä Stv on epäpuhtauden pitoisuus kiinteässä aineessa ja Sg nestemäisessä faasissa), jotka määrittelevät suurelta osin puhdistuksen tehokkuuden epäpuhtauksista, nämä epäpuhtaudet voidaan jakaa kolmeen ryhmään. Ensimmäinen ryhmä sisältää epäpuhtauksia, jotka alentavat alumiinin sulamispistettä; heillä on 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 ja vyöhykkeen sulamisen aikana ne konsentroidaan valan kiinteään (alku-) osaan. Nämä epäpuhtaudet sisältävät Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. Kolmanteen ryhmään kuuluvat epäpuhtaudet, joiden jakautumiskerroin on hyvin lähellä yksikköä (Mn, Sc). Näitä epäpuhtauksia ei käytännössä poisteta alumiinin vyöhykkeiden sulamisen aikana.

Vyöhykkeiden sulattamiseksi tarkoitettu alumiini on altistettu jonkin verran valmistukselle, joka koostuu suodattamisesta, kaasunpoistosta ja etsauksesta. Suodatus on välttämätöntä metallista hajotetun tulenkestävän ja vahvan oksidikalvon poistamiseksi alumiinista. Sulatussa alumiinissa oleva alumiinioksidi voi kiinteytyessään muodostaa kiteytyskeskuksia, mikä johtaa monikiteisen valan muodostumiseen ja epäpuhtauksien uudelleenjakauman rikkomiseen kiinteän metallin ja sulan alueen välillä. Alumiini suodatetaan tyhjössä (jäännöspaine 0,1 - 0,4 Pa) grafiittiupokkaan pohjan aukon läpi, jonka halkaisija on 1,5 - 2 mm. Alumiinin alustava kaasunpoisto ennen vyöhykkeiden sulamista (myös lämmitys tyhjiössä) suoritetaan metallin roiskumisen estämiseksi vyöhykkeen sulamisen aikana, jos kyseessä on korkea tyhjiössä tapahtuva prosessi. Viimeinen vaihe alumiinin valmistuksessa vyöhykkeiden sulattamiseksi on sen pinnan syövyttäminen väkevällä suolahapolla ja typpihapolla.

Koska alumiinilla on merkittävä kemiallinen aktiivisuus ja erityisesti puhdasta grafiittia käytetään säiliöiden (veneiden) pääaineena, alumiinin sulatus vyöhykkeellä suoritetaan tyhjiössä tai inertissä kaasu-ilmakehässä (argon, helium).

Alueen sulatus tyhjiössä varmistaa alumiinin korkean puhtauden johtuen eräiden epäpuhtauksien haihtumisesta tyhjiön aikana (magnesium, sinkki, kadmium, alkali- ja maa-alkalimetallit), ja myös puhdistetun metallin saastuminen epäpuhtauksista suojaavien inerttikaasujen käytön seurauksena on eliminoitu. Alumiinin sulatus vyöhykkeellä alipaineessa voidaan suorittaa kvartsiputken jatkuvan pumppaamisen aikana, jolloin asetetaan grafiittivene alumiinivärillä, samoin kuin suljetuissa kvartsiampulleissa, joista ilmaa pumpataan alustavasti jäännöspaineeseen noin 1–10–3 Pa.

Sulavyöhykkeen luomiseksi alumiiniharkkoon vyöhykkeen sulamisen aikana voidaan kuumentaa käyttämällä pieniä vastusuuneja tai suurtaajuusvirtoja. Sähkövastuksellisten uunien virransyöttöön ei tarvita monimutkaisia \u200b\u200blaitteita, uunit ovat helppokäyttöisiä. Tämän lämmitysmenetelmän ainoa haitta on puhdistetun alumiinin valanteen pieni poikkileikkaus.

Induktiivinen lämmitys korkeataajuuksisilla virroilla on ihanteellinen tapa luoda sula alue vyöryn aikana vyöhykkeen sulamisen aikana. Korkean taajuuden lämmitysmenetelmä (sen lisäksi, että sallitaan suurten poikkileikkaukseltaan valanteiden sulattaminen vyöhykkeellä) mahdollistaa sen merkittävän etun, että sulaa metallia sekoitetaan jatkuvasti alueella; tämä helpottaa epäpuhtausatomien diffuusiota kiteytymisrintamasta syvälle sulaan.

Ensimmäistä kertaa korkealaatuisen alumiinin teollisuustuotanto vyöhykkeiden sulattamisen avulla valmennettiin Volhovin alumiinitehtaalla vuonna 1965 YOU: n kehittämän UZPI-3-asennuksen avulla. Tämä kokoonpano varustettiin neljällä kvartsiretortiolla induktiolämmityksellä, kun taas induktorit olivat liikutettavissa ja metallia sisältävät säiliöt olivat paikallaan. Sen tuottavuus oli 20 kg metallia puhdistusjaksoa kohden. Myöhemmin luotiin suorituskykyisempi metallimetallilaite UZPI-4, joka otettiin kaupalliseen käyttöön vuonna 1972 Volhovin alumiinitehtaassa.

Alumiinin puhdistuksen tehokkuus vyöhykkeiden sulamisen aikana voidaan luonnehtia seuraavilla tiedoilla. Jos epäpuhtauksien kokonaismäärä elektrolyyttisesti jalostetussa alumiinissa on (30–60) ּ 10–4%, silloin vyöhykkeen sulamisen jälkeen se laskee arvoon (2,8–3,2) ּ 10–4%, ts. 15–20% aikaa. Tämä vastaa alumiinin jäännösvastusta ρ ○ (nestemäisen heliumin lämpötilassa 4,2 K), vastaavasti (20 ÷ 40) ּ 10-10 ja (1,8 ÷ 2,1) ּ 10-10 tai puhtaus 99,9999-99,994 ja 99, 9997%. Taulukossa. 1.4 (katso alla) näyttää radioaktiivisen analyysin tiedot joidenkin epäpuhtauksien pitoisuuksista vyöhykkeellä puhdistetussa alumiinissa ja elektrolyyttisesti puhdistetussa alumiinissa. Nämä tiedot osoittavat useimpien epäpuhtauksien pitoisuuden voimakkaan laskun, vaikka epäpuhtauksia, kuten mangaania ja skandiumia, ei käytännössä poisteta vyöhykkeen sulamisen aikana.

Viime vuosina VAMI on kehittänyt ja testannut teollisissa olosuhteissa tekniikan 99,9999%: n puhtauden alumiinin tuottamiseksi kaskadivyöhykkeiden sulattamisella. Kaskadivyöhykkeiden sulatusmenetelmän ydin on, että lähdealumiinin puhdistaminen puhtaudella A999 suoritetaan toistamalla peräkkäin vyöhykeliuskojen jaksot (kaskadit). Tässä tapauksessa kunkin seuraavan kaskadin lähtöaine on edellisen puhdistusjakson tuloksena saadun valan keskimmäinen, puhtain osa.

Jotta saadaan metalli, jonka puhtaus on 99,9999%, riittää, kun suoritetaan kaksi vyöhykkeen sulattavan kaskadin suorittamista. Kaskadien lukumäärän lisäys edelleen ei lisää alumiinin puhtautta, vaikka se lisää metallin kokonaissatoa 99,9999%: n puhtaudella.

Toinen mahdollinen menetelmä erittäin puhtaan alumiinin saamiseksi on sen tislaus subhalidien, erityisesti alumiinifluoridin, kautta.

Alumiinimetallin tyydyttynyt höyrynpaine ei ole tarpeeksi korkea tislaamaan sitä suoraan käytännöllisesti katsoen hyväksyttävillä nopeuksilla. Kuumennettaessa tyhjiössä (1000 - 1050 ° C: ssa) AlF3: lla, alumiini muodostaa kuitenkin haihtuvaa AlF-subfluoridia, joka tislataan kylmään alueeseen (800 ° C), jossa se jälleen hajoaa (epäsuhtaisesti) vapauttamalla puhdasta alumiinia.

Mahdollisuus alumiinin puhdistamiseen syvälle epäpuhtauksista johtuu pääasiassa siitä, että alumiiniyhdisteiden muodostumisen todennäköisyys on paljon suurempi kuin epäpuhtauksien alayhdisteiden muodostumisen todennäköisyys.

Subfluoridin läpi tislatun alumiinin epäpuhtauksien pitoisuudet ovat käänteisesti verrattuna saadun harkon massaan. Valoissa, jotka painavat 1,5-1,7 kg, epäpuhtauksien (Si, Fe, Cu, Mg) kokonaispitoisuus on 11 ּ 10–4% ja kaasupitoisuus 0,007 cm3 / 100 g. Erityinen jäännösresistanssi (ρ ○) nesteen lämpötilassa sellaisen metallin helium on (1,7 ÷ 2,0) ּ 10–10 ohm ּ cm. Alumiinin tislaamalla subfluoridin läpi on useita haittoja (suhteellisen alhainen tuottavuus, riittämättömän syvä puhdistus magnesiumista jne.), joten menetelmä ei saanut teollisuutta kehittäminen.

Menetelmiä on kehitetty myös erittäin puhtaan alumiinin tuottamiseksi elektrolyysillä monimutkaisia \u200b\u200borganoalumiiniyhdisteitä, jotka eroavat toisistaan \u200b\u200belektrolyyttikoostumuksen suhteen. Esimerkiksi Saksassa käytetään NaF ּ 2Al (C2H5) 3: n 50-prosenttisen liuoksen tolueenissa elektrolyysimenetelmää. Puhdistus suoritetaan 100 ° C: ssa, kennon jännite on 1,0 - 1,5 V ja virrantiheys on 0,3 - 0,5 A / dm2 alumiinielektrodien avulla. Katodivirran lähtö 99%. Sähkökemiallinen puhdistus organoalumiinielektrolyytteissä vähentää merkittävästi mangaanin ja skandiumin pitoisuutta, joita ei käytännössä poisteta vyöhykkeen puhdistuksen aikana. Tämän menetelmän haittoja ovat alhainen tuottavuus ja korkea palovaara.

Alumiinin syvemmälle puhdistamiselle ja metallin saamiseksi, jonka puhtaus on vähintään 99,9999%, voidaan käyttää yllä olevien menetelmien yhdistelmää: organoalumiiniyhdisteiden elektrolyysi tai sublimointi subfluoridilla, mitä seuraa saadun alumiinin vyöhykkeiden sulaminen. Esimerkiksi puhdistamalla alumiini monivyöhykkeellä, joka on saatu organoalumiiniyhdisteiden elektrolyysillä, on mahdollista saada erittäin puhdasta metallia, jonka epäpuhtauspitoisuus on × 10–9%: Fe 50; si<500; Cu 10; Mg 30; Mn 5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 и Se 3.

hakemus

Alumiinin fysikaalisten, mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksien yhdistelmä määrittelee sen laajan käytön melkein kaikilla tekniikan aloilla, erityisesti seosten muodossa muiden metallien kanssa. Sähkötekniikassa alumiini korvaa kuparin menestyksekkäästi, etenkin kiinteiden johtimien valmistuksessa, esimerkiksi johtojen, korkeajännitekaapeleiden, kytkentäväylien, muuntajien (alumiinin sähkönjohtavuus saavuttaa 65,5% kuparin sähkönjohtavuudesta ja se on yli kolme kertaa kevyempi kuin kupari); poikkileikkauksella, joka tarjoaa saman johtavuuden, alumiinilankojen massa on puolet kuparin massasta). Äärimmäisen puhdasta alumiinia käytetään sähkökondensaattoreiden ja tasasuuntaajien valmistuksessa, joiden vaikutus perustuu alumiinioksidikalvon kykyyn siirtää sähkövirtaa vain yhteen suuntaan. Äärimmäisen puhdasta alumiinia, joka puhdistetaan vyöhykkeiden sulamisella, käytetään tyypin AIII BV puolijohdeyhdisteiden synteesiin, jota käytetään puolijohdelaitteiden valmistukseen. Puhdasta alumiinia käytetään erityyppisten heijastinpeilien valmistuksessa. Erittäin puhdasta alumiinia käytetään suojaamaan metallipintoja ilmakehän korroosiolta (verhous, alumiinimaali). Alumiinilla on rakennemateriaalina ydinreaktoreissa suhteellisen pieni neutronien absorptioprofiili.

Suurikapasiteettisissa alumiinisäiliöissä varastoidaan ja kuljetetaan nestemäisiä kaasuja (metaani, happi, vety jne.), Typpi- ja etikkahappoja, puhdasta vettä, vetyperoksidia ja syötäviä öljyjä. Alumiinia käytetään laajalti elintarviketeollisuuden laitteissa ja laitteissa, elintarvikkeiden pakkaamiseen (kalvon muodossa), erilaisten kotitaloustuotteiden valmistukseen. Alumiinin kulutus on lisääntynyt voimakkaasti rakennusten, arkkitehtuuri-, liikenne- ja urheilupaikkojen sisustamiseen.

Metallurgiassa alumiini (siihen perustuvien seosten lisäksi) on yksi yleisimmistä seosaineista seoksissa, jotka perustuvat Cu, Mg, Ti, Ni, Zn ja Fe -seoksiin. Alumiinia käytetään myös teräksen hapettumiseen ennen sen kaatamista muottiin, samoin kuin tiettyjen metallien valmistusprosesseissa aluminotermimenetelmällä. Alumiiniin perustuva SAP (sintrattu alumiinijauhe) luotiin jauhemetallurgialla, jolla on korkea lämmönkestävyys yli 300 ° C lämpötilassa.

Alumiinia käytetään räjähteiden (ammoniaali, aluminotoli) valmistukseen. Erilaisia \u200b\u200balumiiniyhdisteitä käytetään laajalti.
Alumiinin tuotanto ja kulutus kasvavat jatkuvasti, ylittäen huomattavasti teräksen, kuparin, lyijyn ja sinkin tuotannon.
Kyllä, kirjoittaja on oikeassa, kaikki on hyvin yksinkertaista ...

Toinen kasvatettu ...
Loppusanat - onnea ..

 

Teollisen alumiinin tuotanto on vain yksi monista prosesseista, joissa käytetään sähköä. Hyvin monet kemianteollisuuden tuotteet saadaan elektrolyysillä.

Alumiinin teollisuustuotanto liittyy ranskalaisen Henri St. Clair Deville -nimeen.

Alumiinin teollinen tuotanto Neuvostoliitossa järjestettiin vasta kuluvan vuosisadan 30-luvulla sen jälkeen kun maan ensimmäiset voimalaitokset oli perustettu.

Alumiinin teollinen tuotanto maassamme järjestettiin XX luvun 30-luvulla ensimmäisten suurten voimalaitosten rakentamisen jälkeen. Tuotannon teoreettinen perusta oli kotimaisten tutkijoiden tutkimus, joka tehtiin XIX-luvun lopulla - XX-luvun alkupuolella. Vuosina 1882 - 1892 KI Bayer kehitti märän menetelmän alumiinioksidin tuottamiseksi uuttamalla malmeja, ja vuonna 1895 D.N. Penyakov ehdotti menetelmää alumiinioksidin tuottamiseksi bauksiitista sintraamalla natriumsulfaatilla hiilen läsnä ollessa.

Alumiinin teollinen tuotanto perustuu alumiinioksidin A12O3 elektrolyysiin, joka on liuotettu sulaan kryoliittiin, joka sisältää erilaisia \u200b\u200blisäaineita. Elektrolyysiprosessi suoritetaan elektrolyysilaitteessa, jota kutsutaan myös elektrolyysihauteeksi. Tässä tapauksessa alumiinia vapautuu katodista ja happea vapautuu anodista. Elektrolyysikennoista uutettu primaarialumiini (raakaalumiini) sisältää epäpuhtauksia, jotka voidaan jakaa kolmeen ryhmään; ei-metalliset, metalliset ja kaasumaiset. Raakaalumiini pidetään ennen valamista sulassa tilassa sähkövastusuuneissa tai kaasua heijastavissa uuneissa. Näissä uuneissa suoritetaan paitsi eri koostumusten nestemäisen alumiinin erien järkevä sekoittaminen myös osittain, ei-metallisista sulkeumista, oksidikalvoista ja natriumista. Erittäin puhtaan alumiinin (laatu A995 - A95) saamiseksi raakaalumiini, jonka puhtaus on teknistä puhtautta, puhdistetaan elektrolyyttisesti.

Alumiinin teollinen tuotanto perustuu tähän prosessiin. Toinen liuotin, NasAlFe-kryoliitti, lisätään liuottimena sulamislämpötilan alentamiseksi. ABO3: n ja NaaAlFa: n seos voidaan elektrolysoida 950 ° C: ssa.

Tärkein lähtöaine alumiinin teollisessa tuotannossa on puhdas alumiinioksidi, joka vapautuu luonnollisista bauksiteista puhdistamalla ne perusteellisesti rauta- ja piiyhdisteiden epäpuhtauksista ja kuivumisesta. Tuotantoon tarvittava kryoliitti saadaan keinotekoisesti liuottamalla alumiinihydroksidi fluorivetyhappoon (vesipitoinen HF-liuos) ja neutraloimalla saatu liuos soodalla (Na2C03); tuloksena oleva kryoliitti saostuu. Niin kutsuttu kryoliitti-alumiinioksidisula sulatetaan elektrolyysillä, joka valmistetaan sekoittamalla kryoliittia alumiinioksidin (8-10%) ja alumiinifluoridilisäaineiden kanssa; komponenttien suhteen ollessa tunnettu, seoksen alin sulamispiste on 665 ° C.

Näiden kokeiden tulosten perusteella alumiinin teollinen tuotanto sitten järjestettiin.

Olemme pitkään tutkineet samanlaista ongelmaa fluorihauteissa ja erityisesti kryoliittipohjaisissa kylpyammeissa, joita käytetään alumiinin teollisuustuotannossa.

Fluoriyhdisteiden käytännöllinen käyttö liittyy polymeerimateriaalien - fluoroplastien, joista tärkein on Teflon, valmistukseen sekä keinotekoisen kryoliitin Na3AlFe synteesiin, jota käytetään alumiinin teollisuustuotannossa.

Vuonna 1886 Paul Héroux Ranskassa ja Charles Hall Yhdysvalloissa hakivat useiden maiden tutkijoiden keräämää materiaalia käyttämällä samanlaisia \u200b\u200bmenetelmiä alumiinin tuottamiseksi elektrolyyttisesti hajottamalla sulaan kryoliittiin liuotettua alumiinioksidia, ja vuonna 1888 alumiinin teollisuustuotanto alkoi tällä menetelmällä. soveltaa yleisesti nykyiseen tilanteeseen.

Alumiinin teollinen tuotanto perustuu alumiinioksidin A12O3 elektrolyysiin, joka on liuotettu sulaan kryoliittiin Na3AlF6, joka sisältää erilaisia \u200b\u200blisäaineita. Elektrolyysiprosessi suoritetaan elektrolysaattorissa - alumiinissa tai elektrolyysihauteessa. Tässä tapauksessa alumiinia vapautuu katodista ja happea vapautuu anodista.

Yhdysvalloissa, Sveitsissä ja Ranskassa rakennettiin ensimmäiset teollisuuden alumiinin elektrolyyttistä tuotantoa koskevat laitokset vuosina 1888 - 1889. 1900-luvun alkuun mennessä