Производство алюминия

Алюминий - химический элемент, занимающий лидирующее место в числе наиболее распространенных металлов в земной коре, а также и среди самых часто применяемых. Количество алюминия в земной коре достигает 9%. Он встречается лишь в форме соединений, которые представлены оксидом алюминия или глиноземом. В глине находится примерно 30% этого оксида.
Этот металл занимает выгодную позицию среди прочих типов вследствие своих свойств. К которым относят, отличную пластичность, отличные показатели тепло- и электропроводности, и при этом небольшую плотность. В этой статье мы расскажем о том, какие существуют особенности производства алюминия.

Необходимое оборудование

Алюминий получают из глинозема, который в свою очередь получают из бокситов. Чтобы осуществлять добычу глинозема в природных условиях, а потом извлекать из него алюминий, необходимо различное оборудование:

• устройства для проведения раздачи глинозема
• катодная ошиновка
• система по газоочистке сухим методом
• электролизер
• краны - монтажный, линейный и технический
• оснащение, которое необходимо для литейного и анодно-монтажного цехов.

Чтобы заниматься производством алюминия понадобится не только большое количество оборудования, но и большое по площади помещение, имеющее мощную электросеть. Все потому, что электролиз протекает в особых ваннах в условиях температуры 9600С и силы тока примерно 250000 А.

Технология производства алюминия

Получение алюминия включает такие технологические процессы:

• добыча бокситов
• добыча глинозема (окись алюминия) из алюминиевых руд (бокситов)
• выделение из окиси алюминия.
• конечная очистка алюминия.

Из 4-5 тонн бокситов можно получить около 2 тонн глинозема, из которых в итоге дальнейшей переработки получится 1 тонна алюминия.
производство алюминия начинается с добычи алюминиевых руд, которых в природе существует несколько видов. Однако главным сырьем для получения металла является именно боксит. Боксит является высококачественным, если в его составе присутствует более 50% оксида алюминия.
Специалисты предоставляют информацию о количестве 18,6 миллиардов тонн бокситов, которые содержатся в земной коре. Сегодняшний уровень добычи гарантирует, что бокситов хватит еще на 100 лет.
В мире насчитывается семь бокситоносных районов:

• Западная и Центральная Африка (больше всего в Гвинее)
• Южная Америка: Бразилия, Венесуэла, Суринам, Гайана
• Карибский регион: Ямайка
• Океания и южная часть Азии: Австралия, Индия
• Китай
• Средиземноморье: Греция и Турция
• Урал (Россия).

Бокситы бывают:

• твердые, с высокой плотностью
• рыхлые, которые легко рассыпаются. 

Цвет бокситов чаще всего - кирпично-красный, может быть рыжеватый или коричневый вследствие примеси оксида железа. Если железа в породе мало, бокситы будут белого или серого цвета. Однако, попадаются и руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.
Добычу бокситов осуществляют открытым методом. Особые машины «срезают» руду слой за слоем с поверхности земли и перевозят в пункт дальнейшей переработки. Но существуют на Земле и участки, в которых алюминиевая руда залегает на большой глубине. В таком случае, чтобы добыть руду, строят шахты. Самая глубокая шахта «Черемуховская-Глубокая» расположена в России, на Урале, ее глубина достигает 1550 метров.

Создание глинозема

Дальнейший процесс производства алюминия подразумевает получение глинозема, кислотным, щелочным и электролитическим способом. Кислотный метод применяется в работе с высокими сортами сырья. В процессе щелочного метода происходит разложение алюминиевого раствора под действием введенной алюминиевой гидроокиси. После этого раствор выпаривают.
Наиболее востребованным можно назвать щелочной метод. Известно, что алюминиевый раствор практически моментально начинают разлагаться, если ввести в него гидроокись алюминия. Этот метод состоит из двух этапов:

• подготовка боксита. Происходит дробление руды. Ее измельчают в особых мельницах. В мельницы добавляют едкую щелочь, боксит и небольшое количество извести. Получившуюся пульпу отправляют на выщелачивание
• выщелачивание боксита фактически является его химическим разложением при соприкосновении с водным раствором щелочи. В этой реакции гидраты окиси алюминия вступая в реакцию со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия, а кремнезем, содержащийся в боксите, реагируя со щелочью, поступает в раствор в виде силиката натрия. Эти соединения реагируя между собой образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат. В этом остатке содержатся окислы железа и титана, предающие остатку красный цвет. Этот остаток называют красным шламом. Красный шлам отделяют от алюминатного раствора при помощи промывки в сгустителях. При этом красный шлам выпадает в осадок, а оставшийся алюминатный раствор подвергают фильтрованию.

Фильтрация подразумевает отправление раствора в крупные емкости с мешалками. Из этого раствора, охлажденного до 60°С, при постоянном перемешивании получают гидроокись алюминия. В эти емкости с мешалками необходимо обязательно добавить большое количество твердой гидроокиси.
Самой последней стадией является обезвоживание гидроокиси алюминия. Ее осуществляют в трубчатых, постоянно вращающихся печах.

Электролиз и рафинация

Металлургическое производство алюминия продолжается при загрузке в электролизер анодной массы, глинозема, а также фторсоли. В процессе электролиза из глины выделяются окислы углерода, а также фтористые вещества в газообразном состоянии. В то же время определенный объем анодной массы расходуется как пена, которую снимают с поверхности самого электролита.
Теоретически, чтобы получить 1 кг алюминия необходимо 1,9 кг глинозема. В остальной его части находятся различные примеси. Тем не менее, практика показывает, что сырья затрачивается намного больше. Все зависит от типа глины, применяемого оснащения и ряда других факторов.
В процессе электролиза основным аппаратом является особая ванна (электролизер), в которой имеются углеродистые блоки. К ванне подведен электрический ток мощностью до 150000 А, а в самой емкости размещены угольные аноды, которые сгорают в конце выделения чистого кислорода и формирующие окись углерода.
Аноды бывают двух видов:

• полученные при помощи обжига угольных блоков, вес которых превышает 1 тонну
• самообжигающиеся, которые включают в себя угольные брикеты, подвергающиеся распеканию в процессе электролиза.

Электролиз окиси алюминия осуществляется в условиях температуры в электролизере около 970°С.
Алюминий оседает на катоде. В завершении этого этапа алюминий приобретает товарный вид, к примеру, слитки, чушки или проволока.
Центры производства алюминия
Самым крупным производителем алюминия можно назвать компанию «Русал», производящую свыше 4 млн. т алюминия ежегодно. Кроме этого, в перечень самых крупных изготовителей алюминия в России внесены:

• Братский алюминиевый завод, создающий 30% российского алюминия и 4% мирового. Предприятие использует 75% электроэнергии, создаваемой на Братской ГЭС
• предприятие «СУАЛ», которые специализируются на работе с алюминиевыми сплавами
• компания АО «БАЗ», функционирующая на производстве и добыче глинозема и гидроксида алюминия
• ВгАЗ - предприятие по изготовлению первичного алюминия.

Согласно информации геологической службы США, в 2016 году первое место в мире по производству алюминия занимал Китай. На втором месте – Россия, на третьем Канада.