Alluminio, produzione di alluminio: tecnologia, processo e descrizione
L'alluminio ha una massa di proprietà che lo rendonoè uno dei materiali più usati al mondo. È ampiamente distribuito in natura, prendendo il primo posto tra i metalli. Sembrerebbe che non ci dovrebbero essere difficoltà con la sua produzione. Ma l'alta attività chimica del metallo porta al fatto che nella sua forma pura non è soddisfatta, ed è difficile da produrre - è ad alta intensità energetica e costosa.
Materie prime per la produzione
Da quali materie prime viene prodotta l'alluminio? La produzione di alluminio da tutti i minerali che lo contengono è costosa e non redditizia. Lo estraggono dalla bauxite, che contiene fino al 50% di ossidi di alluminio e si trovano direttamente sulla superficie della terra con masse significative.
Questi minerali di alluminio sono piuttosto complessicomposizione chimica. Contengono allumina nella quantità del 30-70% della massa totale, la silice, che può arrivare fino al 20%, l'ossido di ferro che varia dal 2 al 50%, il titanio (fino al 10%).
L'allumina, e questo è l'ossido di alluminio, è composto da idrossidi, corindone e caolinite.
Recentemente, gli ossidi di alluminio sono stati ottenuti da nefetti, che contengono anche ossidi di sodio, potassio, silicio e alunite.
Per produrre 1 tonnellata di alluminio puro, sono necessarie circa due tonnellate di allumina, che a loro volta sono ottenute da circa 4,5 tonnellate di bauxite.
Depositi di bauxite
Le riserve di bauxite nel mondo sono limitate. In tutto il mondo, ci sono sette regioni con i suoi ricchi giacimenti. Questa è la Guinea in Africa, Brasile, Venezuela e Suriname in Sud America, Giamaica nei Caraibi, Australia, India, Cina, Grecia e Turchia nel Mediterraneo e in Russia.
Nei paesi in cui ci sono depositi ricchila bauxite, la produzione di alluminio può essere sviluppata. La Russia estrae i bauxiti negli Urali, nelle regioni di Altai e Krasnoyarsk, in uno dei distretti della regione di Leningrado, la nefelina, nella penisola di Kola.
I depositi più ricchi appartengono proprio aRussian United Company UC RUSAL. Dietro di esso vanno i giganti Rio Tinto (Inghilterra-Australia), uniti al canadese Alcan e CVRD. Il quarto posto è la società Chalco dalla Cina, poi la società americana-australiana Alcoa, che sono anche i principali produttori di alluminio.
Origine della produzione
Il fisico danese Oersted ha individuato il primo alluminio informa libera nel 1825. La reazione chimica ha avuto luogo con cloruro di alluminio e amalgama di potassio, mentre due anni dopo il chimico tedesco Weller ha usato il potassio metallico.
Potassio - il materiale è piuttosto costoso, quindi inproduzione industriale di alluminio francese St. Clair di Deville al posto del potassio nel 1854 usato sodio, un elemento molto più economico, e resistente doppio cloruro di alluminio e sodio.
Scienziato russo NN Beketov è stato in grado di spostare l'alluminio dalla criolite fusa con il magnesio. Alla fine degli anni ottanta dello stesso secolo, questa reazione chimica fu usata dai tedeschi nel primo impianto di alluminio. Nella seconda metà del XVIII secolo, 20 tonnellate di metallo puro furono ottenute con mezzi chimici. Era un alluminio molto costoso.
Produzione di alluminio per elettrolisinata nel 1886, quando entrambi sono state depositate domande di brevetto quasi identici, i fondatori di questo metodo, la Sala scienziato americano e francese Era. Hanno offerto a dissolversi in allumina criolite fusa e poi elettrolisi per ottenere alluminio.
Con questo, è iniziata l'industria dell'alluminio, che è diventata per oltre un secolo di storia una delle più grandi branche della metallurgia.
Le fasi principali della tecnologia di produzione
In termini generali, la tecnologia di produzione dell'alluminio non è cambiata dal suo inizio.
Il processo si compone di tre fasi. Sul primo dei minerali di alluminio, che si tratti di bauxite o di nefelati, ossido di allumina-alluminio Al2O3 .
Quindi, l'alluminio industriale viene estratto dall'ossido con un grado di purificazione del 99,5%, che per alcuni scopi è insufficiente.
Pertanto, l'alluminio è rifinito all'ultimo stadio. La produzione di alluminio è completata con la sua pulizia al 99,99%.
Produzione di allumina
Esistono tre modi per ottenere l'ossido di alluminio dai minerali:
- acido;
- elettrolitico;
- alcalino.
Il secondo metodo è il più comune,sviluppato nello stesso secolo XVIII, ma da allora ripetutamente raffinato e significativamente migliorato, è usato per elaborare la bauxite di alta qualità. Quindi ottieni circa l'85% di allumina.
L'essenza del metodo alcalino è questoLe soluzioni di alluminio si decompongono ad alta velocità quando viene introdotto l'idrossido di alluminio. La soluzione rimanente dopo la reazione viene evaporata ad una temperatura elevata di circa 170 ° C e viene nuovamente utilizzata per sciogliere l'allumina;
Innanzitutto, la bauxite è schiacciata e macinatamulini con alcali caustico e calce, poi in autoclave a temperature fino a 250 ° C, si verifica la decomposizione chimica e si forma sodio alluminato, che viene diluito con una soluzione alcalina già a temperatura più bassa - solo 100 ° C. . Quindi si decompone. Attraverso i filtri, la soluzione viene pompata nel serbatoio con agitatori per la miscelazione costante della composizione, in cui viene aggiunto idrossido di alluminio solido al seme.
In idrocicloni e filtri a vuoto rilasciatiidrossido di alluminio, parte della quale viene restituita come materiale da seme, e parte viene utilizzata per la calcinazione. Il filtrato rimanente dopo la separazione dell'idrossido, viene anche restituito al fatturato per la lisciviazione della successiva partita di bauxite.
Il processo di calcinazione (disidratazione) dell'idrossido nei forni rotanti avviene a temperature fino a 1300 ° C.
8,4 kWh di elettricità vengono consumati per produrre due tonnellate di ossido di alluminio.
Un composto chimico durevole con un punto di fusione di 2.050 ° C non è alluminio. Produzione di alluminio in anticipo.
Elettrolisi dell'ossido di alluminio
L'attrezzatura principale per l'elettrolisi èbagno speciale rivestito con blocchi di carbonio. Viene fornita una corrente elettrica. Gli anodi di carbonio sono immersi nel bagno, che si bruciano durante il rilascio di ossigeno puro dall'ossido e formano l'ossido di ulglerode e il diossido. Bagni, o elettrolizzatori, come vengono chiamati esperti, sono inclusi nel circuito elettrico in sequenza, formando una serie. La corrente in questo caso è di 150 mila ampere.
Gli anodi possono essere di due tipi: sparato da grossi blocchi di carbone, la cui massa può essere più di una tonnellata e autocombustione, costituita da bricchette di carbone in un involucro di alluminio, che vengono sinterizzate nel processo di elettrolisi a temperature elevate.
La tensione operativa sul bagno è di solito intorno ai 5 volt. Prende in considerazione sia la tensione richiesta per la decomposizione dell'ossido e le inevitabili perdite in una vasta rete.
Da sciolto nella fusione a base di ossido di alluminio criolite, il metallo liquido, che è più pesante dei sali dell'elettrolita, viene depositato sulla base di carbone del bagno. Viene periodicamente pompato fuori.
Il processo di produzione dell'alluminio richiede grandi dimensionicosti dell'elettricità. Per ottenere una tonnellata di alluminio da allumina, è necessario spendere circa 13,5 mila kWh di elettricità DC. Pertanto, un'altra condizione per la creazione di grandi centri di produzione è una potente centrale elettrica che opera nelle vicinanze.
Raffinazione dell'alluminio
Il metodo più famoso è un tre stratielettrolisi. Si svolge anche in bagni di elettrolisi con fiocchi di carbonio rivestiti di magnesite. L'anodo nel processo è il metallo fuso stesso, che viene pulito. Si trova nello strato inferiore sul fondo conduttivo. L'alluminio puro, che è disciolto dall'elettrolita nello strato anodico, è compreso verso l'alto e funge da catodo. La corrente viene fornita con un elettrodo di grafite.
L'elettrolita nello strato intermedio è fluoruro di alluminio puro o con l'aggiunta di sodio e cloruro di bario. Si scalda a una temperatura di 800 ° C.
Consumo di elettricità a tre stratila raffinazione è di 20 kWh per kg di metallo, ovvero una tonnellata richiede 20 mila kWh. Ecco perché, come nessun'altra produzione di metallo, l'alluminio richiede non solo una fonte di elettricità, ma una grande centrale elettrica nelle immediate vicinanze.
L'alluminio raffinato contiene ferro, silicio, rame, zinco, titanio e magnesio in quantità molto ridotte.
Dopo la raffinazione, l'alluminio viene trasformato in prodotti commerciabili. Questo lingotto e cavo, foglio e lingotti.
I prodotti della segregazione risultanti dalla raffinazione, in parte, sotto forma di un precipitato solido, vengono utilizzati per la disossidazione e in parte vengono ritirati sotto forma di una soluzione alcalina.
L'alluminio assolutamente puro è ottenuto dala successiva fusione di metalli in un gas inerte o sotto vuoto. Una caratteristica notevole è la sua alta conduttività elettrica a temperature criogeniche.
Riciclaggio delle materie prime secondarie
Un quarto della domanda totale di alluminio è soddisfatta riciclando le materie prime. Dai prodotti di colata a forma di colata riciclabile.
Materie prime pre-ordinatefuso nel forno della soglia. Contiene metalli con un punto di fusione più alto dell'alluminio, ad esempio nichel e ferro. Varie inclusioni non metalliche vengono rimosse dall'alluminio fuso mediante spurgo con cloro o azoto.
Altre impurità metalliche a basso punto di fusione vengono rimosse con additivi al magnesio, zinco o mercurio e passare l'aspirapolvere. Il magnesio viene rimosso dal fuso con il cloro.
Una data lega di fusione è ottenuta introducendo additivi, che sono determinati dalla composizione di alluminio fuso.
Centri di produzione di alluminio
In termini di volumi di consumo di alluminio, la Cina occupa il primo posto, lasciando dietro di sé gli Stati Uniti al secondo posto e la Germania, terza titolare.
La Cina è il paese della produzione di alluminio, che ha portato di gran lunga in questo settore.
La top ten, oltre alla Cina, comprende Russia, Canada, Emirati Arabi Uniti, India, Stati Uniti, Australia, Norvegia, Brasile e Bahrain.
In Russia, un monopolista nella produzione di allumina eL'alluminio è una compagnia unita RUSAL. Produce fino a 4 milioni di tonnellate di alluminio all'anno e esporta prodotti in settanta paesi ed è presente in cinque continenti in diciassette paesi.
La società americana Alcoa in Russia possiede due stabilimenti metallurgici.
Chalco è il più grande produttore di alluminio in Cina. A differenza dei concorrenti stranieri, tutti i suoi beni sono concentrati nel loro paese d'origine.
Hydro Aluminium della società norvegese Norsk Hydro possiede fonderie di alluminio in Norvegia, Germania, Slovacchia, Canada e Australia.
L'australiano BHP Billiton possiede la produzione di alluminio in Australia, Sud Africa e Sud America.
In Bahrain, c'è Alba (Aluminum Bahrain B. S. C.) - forse la più grande produzione. L'alluminio di questo produttore rappresenta oltre il 2% del metallo totale "alato" prodotto nel mondo.
Quindi, riassumendo, possiamo dire che il principalei produttori di alluminio sono aziende internazionali che possiedono riserve di bauxite. Il processo ad alta intensità energetica consiste nella produzione di allumina dai minerali di alluminio, che producono sali di fluoruro, che comprendono criolite, massa di anodo carbonato e anodico di carbone, materiali catodici, di rivestimento e la produzione elettrolitica di metallo puro, che è il componente principale della metallurgia dell'alluminio.
