Как делают алюминий: Как производится алюминий

Алюминий, производство алюминия: технология, процесс и описание

Алюминий обладает массой свойств, которые делают его одним из самых используемых материалов в мире. Он широко распространен в природе, занимая среди металлов первое место. Казалось бы, и трудностей с его производством быть не должно. Но высокая химическая активность металла приводит к тому, что в чистом виде его не встретить, а производить – сложно, энергоемко и затратно.

Сырье для производства

Из какого сырья получают алюминий? Производство алюминия из всех минералов, его содержащих, дорого и нерентабельно. Добывают его из бокситов, которые содержат до 50% оксидов алюминия и залегают прямо на поверхности земли значительными массами.

Эти алюминиевые руды имеют достаточно сложный химический состав. Они содержат глиноземы в количестве 30-70% от общей массы, кремнеземы, которых может быть до 20%,окись железа в пределах от 2 до 50%, титан (до 10%).

Глиноземы, а это окись алюминия и есть, состоят из гидроокисей, корунда и каолинита.

В последнее время окиси алюминия стали получать из нефелинов, которые содержат еще и окиси натрия, калия, кремния, и алунитов.

Для производства 1 т чистого алюминия нужно около двух тонн глинозема, который, в свою очередь, получают из примерно 4,5 т боксита.

Месторождения бокситов

Запасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия.

В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин — на Кольском полуострове.

Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия.

Зарождение производства

Датский физик Эрстед выделил первым алюминий в свободном виде в 1825 году. Химическая реакция проходила с хлоридом алюминия и амальгамой калия, вместо которой спустя два года немецкий химик Велер использовал металлический калий.

Калий – материал достаточно дорогой, поэтому в промышленном производстве алюминия француз Сент-Клер Девиль вместо калия в 1854 году использовал натрий, элемент значительно более дешевый, и стойкий двойной хлорид алюминия и натрия.

Русский ученый Н. Н. Бекетов смог вытеснить алюминий из расплавленного криолита магнием. В конце восьмидесятых годов того же века эту химическую реакцию использовали немцы на первом алюминиевом заводе. Во второй половине XVIII века было получено около химическими способами 20 т чистого металла. Это был очень дорогой алюминий.

Производство алюминия с помощью электролиза зародилось в 1886 году, когда одновременно были поданы практически одинаковые патентные заявки основоположниками этого способа американским ученым Холлом и французом Эру. Они предложили растворять глинозем в расплавленном криолите, а затем электролизом получать алюминий.

С этого и началась алюминие­вая промышленность, ставшая за более чем вековую историю одной из самых крупных отраслей металлургии.

Основные этапы технологии производства

В общих чертах технология производства алюминия не изменилась с момента создания.

Процесс состоит из трех стадий. На первой из алюминиевых руд, будь это бокситы или нефелины, получают глинозем – окись алюминия Al₂O₃ .

Затем из окиси выделяют промышленный алюминий со степенью очистки 99,5 % , которой для некоторых целей бывает недостаточно.

Поэтому на последней стадии рафинируют алюминий. Производство алюминия завершается его очисткой до 99,99 %.

Получение глинозема

Существует три способа получения окиси алюминия из руд:

— кислотный;

— электролитический;

— щелочной.

Последний способ — наиболее распространенный, разработанный еще в том же XVIII веке, но с тех пор неоднократно доработанный и существенно улучшенный, применяется для переработки бокситов высоких сортов. Так получают около 85 % глиноземов.

Сущность щелочного способа заключается в том, что алюминиевые растворы с большой скоростью разлагаются, когда в них вводится гидроокись алюминия. Оставшийся после реакции раствор выпаривается при высокой температуре около 170° С и опять используется для растворения глинозема;

Сначала боксит дробится и измельчается в мельницах с едкой щелочью и известью, затем в автоклавах при температурах до 250°С происходит его химическое разложение и образовывается алюминат натрия, который разбавляют щелочным раствором уже при более низкой температуре – всего 100° С. Алюминатный раствор промывается в специальных сгустителях, отделяется от шлама. Затем происходит его разложение. Через фильтры раствор перекачивают в емкости с мешалками для постоянного перемешивания состава, в который для затравки добавлена твердая гидроокись алюминия.

В гидроциклонах и вакуум-фильтрах выделяется гидроокись алюминия, часть которой возвращается в качестве затравочного материала, а часть идет на кальцинацию. Фильтрат, оставшийся после отделения гидроокиси, тоже возвращается в оборот для выщелачивания следующей партии бокситов.

Процесс кальцинации (обезвоживания) гидроокиси во вращающихся печах происходит при температурах до 1300° С.

Для получения двух тонн окиси алюминия расходуется 8,4 кВт*ч электроэнергии.

Прочное химическое соединение, температура плавления которого 2050° С, это еще не алюминий. Производство алюминия впереди.

Электролиз окиси алюминия

Основным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер.

Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур.

Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и напряжение, необходимое для разложения окиси, и неизбежные потери в разветвленной сети.

Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают.

Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция.

Рафинация алюминия

Наиболее известный метод – это трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода.

Электролит в промежуточном слое – это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария. Нагревается он до температуры 800°С.

Расход электроэнергии при трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости.

В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний.

После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки.

Продукты сегрегации, полученные в результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка, используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора.

Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах.

Переработка вторичного сырья

Четверть общей потребности в алюминии удовлетворяется вторичной переработкой сырья. Из продуктов вторичной переработке льется фасонное литье.

Предварительно отсортированное сырье переплавляется в пороговой печи. В ней остаются металлы, имеющие более высокую температуру плавления, чем алюминий, например, никель и железо. Из расплавленного алюминия продувкой хлором или азотом удаляются различные неметаллические включения.

Более легкоплавкие металлические примеси удаляются присадками магния, цинка или ртути и вакуумированием. Магний удаляется из расплава хлором.

Заданный литейный сплав получают, введя добавки, которые определяются составом расплавленного алюминия.

Центры производства алюминия

По объемам потребления алюминия КНР занимает первое место, оставляя далеко позади находящиеся на втором месте США и обладательницу третьего места Германию.

Китай – это и страна производства алюминия, с огромным отрывом лидирующая в этой области.

В десятку лучших, кроме КНР, входят Россия, Канада, ОАЭ, Индия, США, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн.

В России монополистом в производстве глинозема и алюминия является объединенная компания RUSAL. Она производит до 4 млн т алюминия в год и экспортирует продукцию в семьдесят стран, а присутствует на пяти континентах в семнадцати странах.

Американской компании Alcoa в России принадлежат два металлургических завода.

Крупнейший производитель алюминия в Китае – компания Chalco. В отличие от зарубежных конкурентов, все ее активы сосредоточены в родной стране.

Подразделение Hydro Aluminium норвежской компании Norsk Hydro владеет алюминиевыми заводами в Норвегии, Германии, Словакии, Канаде, и Австралии.

Австралийская BHP Billiton владеет производством алюминия в Австралии, Южной Африке и Южной Америке.

В Бахрейне находится Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) – едва ли не самое крупное производство. Алюминий этого производителя занимает более 2 % общего объема «крылатого» металла, выпускаемого в мире.

Итак, подводя итоги, можно сказать, что главными производителями алюминия являются международные компании, владеющие запасами бокситов. А сам исключительно энергоемкий процесс состоит из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия.

Производство алюминия — Знаешь как

Производство алюминия в промышленных масштабах

Содержание статьи

Производство алюминия это процесс получения металла из его минералов исходным сырьем для получения алюминия или его сплавов с кремнием являются бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Основной промышленной рудой для получения окиси алюминия служит боксит.

Получение происходит в несколько этапов: добыча, обогащение минералов, в зависимости от метода получения алюминия используют разные методы переработки.

В лабораторных условиях алюминий получают восстановлением хлорид алюминия металлическим калием.

Алюминий — самый распространенный металл в природе. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд и многих других минералов. Общее содержание алюминия в земной коре составляет 8,8 вес.% (по данным А. П. Виноградова).

Впервые он был получен Веллером в 1827 г. действием металлического калия на хлорид алюминия. Затем до конца 80 годов XIX в. алюминий получали путем вытеснения металлическим натрием из расплавленной соли АlСl₃ • NaCl. Себестоимость алюминия была высокой. С открытием электролитического способа получения алюминия (1886 г.) Эру (Франция) и Холлом (США) производство его стало быстро возрастать, а стоимость уменьшаться. В настоящее время алюминий получают в миллионах тонн в год электролизом раствора окиси алюминия в расплавленном криолите.

Электролитический способ получения алюминия принципиально сохранился до настоящего времени. Однако его техническое оформление значительно изменилось, как и производство чистой окиси алюминия, криолита и угольных материалов. Развитие техники производства алюминия сопровождалось обширным изучением теории процессов.

Термические методы получения алюминия, утратившие значение в конце XIX в., вновь возродились за последние годы, главным образом для производства сплавов алюминия с кремнием.

Большое значение в развитии производства алюминия имели работы русских и советских ученых. В 90 годах XIX в., русский химик К. И. Байер впервые разработал щелочной способ производства чистой окиси алюминия из бокситов, получивший мировое признание. Затем А. А. Яковкиным, И. С. Лилеевым и другими были разработаны способы переработки высококремнистых бокситов на глинозем спеканием боксита с содой и известняком. В 1915 г. А. Н. Кузнецов и Е. И. Жуковский предложили электротермический способ извлечения глинозема из низкосортных алюминиевых руд через алюминаты щелочноземельных металлов.

Значительные успехи в последние годы были достигнуты по разработке комплексного передела нефелинов на окись алюминия, поташ, соду и цемент.

Теория электролитического способа получения алюминия впервые была разработана в начале XX в. П. П. Федотьевым.

В 1929 г. на ленинградском заводе «Красный выборжец» руководством П. П. Федотьева Н. П. Федотьевым были впервые в бывшем СССР проведены полузаводские опыты по получению алюминия из отечественного сырья.

В 1930 г. был пущен Ленинградский опытный алюминиевый завод, в 1932 г. — Волховский, в 1933 г. — Днепровский, а в последующие годы — еще ряд новых алюминиевых заводов. В создании их крупную роль сыграли П. П. Федотьев, П. Ф. Антипин, Ю. В. Баймаков, В. П. Машовец, В. М. Гуськов, Г. А. Абрамов, А. И. Беляев и сотрудники различных институтов, главным образом ВАМИ и Гипроалюминия.

Свойства применение алюминия

Алюминий представляет собой легкий металл плотностью 2,7 г/см³, плавящийся при 659° С, с температурой кипения около 2500° С. При обычной температуре алюминий не изменяется на воздухе, так как быстро покрывается тонким плотным слоем окиси, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании. Легко растворяется алюминий в щелочах, образуя алюминаты. Холодная азотная кислота пассивирует алюминий.

В виде порошка или тонкой алюминиевой фольги алюминий может при сильном нагревании воспламеняться и сгорает ярким пламенем с большим выделением тепла. Последнее свойство алюминия используется для приготовления некоторых взрывчатых смесей и при термитной сварке рельсов и балок.

Металлический алюминий легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы.

Алюминий используют в авиа- и автопромышленности, где его применяют в виде сплавов, имеющих высокие механические свойства. Например, прочность на разрыв литого алюминия 9— 12 кгс/мм², прокатанного 18—28 кгс/мм², а некоторых сплавов алюминия после термической обработки доходит до 45 кгс/мм², т. е. достигает прочности углеродистой стали, при небольшой плотности — около 3 г/см³.

Количество легких сплавов на основе алюминия весьма обширно. Как правило, в них содержится до 95% Аl и остальное — присадки Сu, Mn, Mg, Ni, Ti и других металлов. Это прокатные сплавы. К литейным сплавам на основе алюминия относятся силумин (87% Аl и 13% Si), а также сплавы Аl с Zn, Сu и др. Кроме того, многие сплавы на магниевой или медной основе также содержат добавки алюминия.

Одним из ценных свойств алюминия является его высокая электропроводность, равная 60% проводимости чистой меди. А так как алюминий в 3 с лишним раза легче меди, то одинаковую с медью электропроводность будут иметь алюминиевые шины и провода, будучи в 2 раза легче медных.

Широкое применение получил алюминий в химической промышленности для изготовления различных сосудов и аппаратуры для хранения и производства органических кислот, спиртов, жиров, масел и других веществ, в пищевой промышленности — для изготовления аппаратуры и фольги. Из алюминия изготовляют также мебель, посуду, краску и т. д. Алюминий используют в строительстве, при изготовлении различных приборов, а также в качестве восстановителя и модификатора в металлургии.

Получение сырья для производства алюминия

Исходное сырье. Из многочисленных минералов, содержащих алюминий, исходным сырьем для получения алюминия или его сплавов с кремнием являются бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Основной промышленной рудой для получения окиси алюминия служит боксит. В последнее время начали перерабатывать на глинозем также нефелины и алуниты.

Бокситы содержат в основном 50—60% Аl₂O₃, 1 —15% SiO₂, 2—25% Fe₂O₃, 2—4% TiO₂,10—30% Н₂O. Возможны примеси окислов других элементов.

Нефелин отвечает формуле 3Na₂O • К₂O • Аl₂O₃ • 9SiO₂. Богатейшие запасы нефелина имеются на Кольском полуострове в виде апатито-нефелиновых пород. Последние, после флотационного обогащения для выделения апатитовой фракции, дают хвосты, содержащие до 95% нефелина, идущего для комплексной переработки на глинозем, поташ, соду и цемент.

Алунитам отвечает формула K₂SO₄• Al₂(SO₄)3• 4Аl(ОН)₃. Они встречаются в СНГ, а также в США, Италии, Австралии и Корее.

Каолины, которые содержат до 40% Аl₂O₃, могут быть использованы для получения глинозема. Однако вследствие высокого содержания SiO₂ из каолинов выгоднее получать сплавы алюминия с кремнием.

Производство глинозема

К одной из наиболее ответственных стадий получения алюминия электролитическим путем относится производство чистой окиси алюминия. Основные компоненты, сопутствующие алюминию в рудах: Fe, Si, Ti — более электроположительны, чем алюминий, и при электролизе будут переходить в последний, загрязняя и ухудшая его физико-химические и механические свойства.

Из различных предложенных в свое время способов получения чистой окиси алюминия можно выделить три группы: щелочные, кислотные и электротермические. Последние два способа практически не применяются.

Применительно к переработке бокситов наиболее широкое распространение получили способы первой группы; при обработке щелочью получают водорастворимый алюминат натрия NаАlO₂, отделяемый нерастворимого остатка.

Разложением растворов алюмината выделяют гидроокись алюминия, которая при последующем прокаливании превращается в окись алюминия, а раствор возвращают на выщелачивание новых порций боксита. Впервые этот способ, как уже указывалось, предложил Байер. Сущность способа заключается в непосредственном выщелачивании глинозема щелочными растворами при 160—170° С и давлении 3—4 (и больше) ат с получением алюминатного раствора. Последний самопроизвольно разлагается в присутствии Аl(ОН)₃ с выделением гидроокиси алюминия.

Боксит дробят и измельчают в растворе щелочи, пульпу подают в автоклавы и обрабатывают 40% раствором NaOH в течение 2—3 ч.

При этом, например, гидроокись алюминия, находящаяся в боксите, растворяется:

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂+2H₂O

Кремнезем, имеющийся в боксите, также растворяется с образованием силиката натрия:

SiO₂ + 2NaOH→ Na₂SiO₃ + H₂O

Далее силикат натрия реагирует с алюминатом, образуя нерастворимый натриевый алюмосиликат, выпадающий в осадок:

2NaAlO₂ + 2Na₂SiO₃ + 4Н₂O → Na₂O • Аl₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂O + 4NaOH

Присутствие в боксите кремнезема неизбежно связано с потерей щелочи и понижением извлечения в раствор глинозема при выщелачивании. Поэтому способ Байера для бокситов с большим содержанием кремнезема (свыше 5—6% SiO₂) применять нецелесообразно.

Пульпу после выщелачивания направляют в самоиспаритель, затем раствор разбавляют промывными водами и направляют в сгустители для отделения красного шлама, идущего после отмывки в отвал. Слив из сгустителей, представляющий собой раствор алюмината натрия и содержащий 120 г/л Аl₂O₃ и 135 г/л Na₂O, подвергают гидролизу. Эта операция, называемая выкручиванием или декомпозицией, осуществляется при разбавлении растворов в специальных аппаратах-декомпозерах. Для ускорения процесса декомпозиции в раствор вводят в качестве затравки часть ранее полученной гидроокиси алюминия для создания первичных центров кристаллизации. Продолжительность процесса выкручивания составляет 75—90 ч. Полученная гидратная пульпа сгущается и разделяется в классификаторах на мелкую и крупную фракции. Первую используют в процессе выкручивания в качестве затравки, а крупные частицы гидроокиси алюминия тщательно промывают, фильтруют и подвергают кальцинации до полного обезвоживания во вращающихся трубчатых печах, нагреваемых до 1200° С. После этого охлажденный глинозем поступает на электролиз.

Раствор после отделения Аl(ОН)₃ содержит до 140 г/л NaOH; его выпаривают и возвращают в автоклавы на выщелачивание.

При этом из раствора выпадают кристаллы соды, получившейся при взаимодействии едкого натра с карбонатами шихты и СО₂ воздуха. Едкий натр регенерируют действием гашеной извести Са(ОН)₂ и направляют на выщелачивание боксита.

Для получения 1 т Аl₂O₃ расходуют около 2,5 т боксита, до 200 кг NaOH и до 120 кг извести (на регенерацию щелочи).

При большом содержании в бокситах SiO₂ для получения глинозема пользуются способом спекания или комбинированным щелочным способом.

Способ спекания, применительно к отечественному сырью, разработан в ГИПХ А. А. Яковкиным и И. С. Лилеевым.

Размолотый боксит тщательно смешивают с содой и известью и обжигают в трубчатых вращающихся печах при 1000—1200°С. Спекание приводит к образованию алюмината и феррита натрия и силиката кальция. При температуре около 700° С окислы алюминия и железа, находящиеся в боксите, реагируют с содой:

Al₂O₃ + Na₂CO₃ → Na₂O + Аl₂O₃ + СO₂ Fe₂O₃ + Na₂CO₃ → Na₂O • Fe₂O₃ + CO₂

при 900°С:

Na₂O • Fe₂O₃ + Al₂O₃ → Na₂O • Al₂O₃ + Fe₂O₃

Получается также алюмосиликат натрия Na₂O • Аl₂O₃ • 2SiO₂, но в присутствии извести большая часть его образует вновь алюминат натрия и двукальциевый силикат:

Na₂O • Аl₂O₃ • 2SiO₂ + 4СаО → Na₂O • Аl₂O₃ +2 (2СаО • SiO₂)

Таким образом, основными составляющими спека являются Na₂O • Аl₂O₃, Na₂O • Fe₂O₃ и 2СаО • SiO₂. Для получения спека такого состава необходимо вводить в шихту 1 моль Na₂CO₃ на 1 моль Аl₂O₃, 1 моль соды на 1 моль Fe₂O₃ и 2 моль СаСО₃ на 1 моль SiO₂.

Двуокись титана и, частично, SiO₂, образуют нерастворимые титанат и силикат кальция, а часть SiO₂ дает растворимый силикат натрия. Полученный спек охлаждают, размалывают и выщелачивают водой. В раствор переходят алюминат и силикат натрия; феррит натрия разлагается и дает в осадке гидроокись железа. В воде не растворяются титанат и силикат кальция; с Fe(OH)₃ они образуют красный шлам, идущий в отвал.

Отфильтрованный алюминатный раствор идет на обескремнивание с помощью известкового молока и нагревания в автоклавах под давлением 1,5—2,5 ат. Большая часть SiО₂ переходит в осадок в виде алюмосиликата кальция и натрия. Этот осадок — белый шлам — отделяют и фильтрат алюмината натрия разлагают, в отличие от способа Байера, карбонизацией. В карбонизаторы, содержащие подогретый раствор алюмината, пропускают при перемешивании отходящие печные газы, содержащие СО₂. Карбонизацию не доводят до конца, чтобы вместе с осаждающейся гидроокисью алюминия не выпадала SiО₂ из имеющегося раствора силиката натрия.

Раствор соды фильтруют от Аl(ОН)₃, выпаривают, и соду возвращают на спекание с новыми порциями боксита. Промытую Аl(ОН)₃ прокаливают для получения Al₂O₃.

Описанный способ может быть применен к большому числу материалов, в частности к нефелинам. После отделения от апатита нефелиновые «хвосты» содержат до 45% SiO₂, около 30% Аl₂O₃ и до 20% суммы окислов натрия и калия. Последнее обстоятельство позволяет отказаться от добавления соды в шихту для спекания. В этом случае шихта состоит только из нефелина и известняка. Измельченный известняк смешивают с нефелином и спекают в трубчатых печах так же, как поступали с бокситовыми рудами. Дальнейшая схема переработки спека мало отличается от схемы переработки бокситового спека.

Высокое содержание в нефелине окислов калия и натрия позволяет извлекать из растворов после осаждения глинозема поташ и соду, а известково-кремнистые шламы использовать как сырье для изготовления цемента.

Производство криолита

Для получения алюминия электролизом необходим криолит Na₃AlF₆. Криолит в природе встречается редко (Гренландия), поэтому для нужд алюминиевой промышленности его получают искусственно. Он должен быть свободен от примесей кремнезема и окиси железа, а также влаги и сульфатов. Общее содержание примесей не должно быть выше 4%. Основным сырьем для получения его является плавиковый шпат CaF₂. Последний, обогащенный до содержания 95—96% CaF₂ и размолотый, нагревают во вращающихся трубчатых печах с серной кислотой до 200° С, получая при этом гипс и фтористый водород:

CaF₂ + H₂SO₄ → CaSO₄+2HF

Содержащийся в плавиковом шпате кремнезем реагирует с HF с образованием газообразного SiF₄:

SiO₂+4HF → SiF₄ + 2H₂O; SiF₄ + 2HF → H₂SiF₆

Поэтому наряду с плавиковой кислотой образуется кремнефтористоводородная кислота, для удаления которой в раствор вводят соду. При этом образуется труднорастворимый кремнефторид натрия Na₂SiF₆, выпадающий в осадок.

В очищенную таким образом плавиковую кислоту вводят гидроокись алюминия в количестве, необходимом для протекания реакции:

12HF + 2Al(OH)₃ → 2H₃AlF₆ + 6H₂O

Полученную «H₃AlF₆ нейтрализуют содой с получением криолита:

2H₃AlF₆ + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AlF₆+3Н₂O + 3СO₂

Осадок криолита после фильтрации и сушки при температуре около 150° С является окончательным продуктом.

Для производства других солей, содержащих фтор, необходимых для корректировки электролита, плавиковую кислоту нейтрализуют либо гидроокисью алюминия (для получения AlF₃), либо содой (для получения NaF).

Производство угольных материалов. На электролизерах с непрерывно самообжигающимся анодом в алюминиевый кожух анода загружают сырую анодную массу, которая за счет тепла, выделенного в ванне, спекается в монолитный угольный блок. Анодную массу готовят смешением размолотого нефтяного или пекового кокса с расплавленным пеком при температуре около 100° С. Количество пека, играющего роль связующего материала, составляет 28—32% общего веса массы. Хорошо перемешанную массу охлаждают в железных формах и передают в виде брикетов к электролизерам.

Анодная масса должна быть высокой чистоты; в ней может находиться только минимальное количество золь, содержащей окислы железа и кремния. Анодная масса делится на четыре сорта: нулевой сорт с содержанием золы не более 0,45%, первый — до 0,65%, второй — до 0,85% и третий, где золы не более 1,25%. Кроме чистоты, обожженная анодная масса должна быть достаточно механически прочной, малопористой (плотной), обладать высокой электропроводностью и стойкостью против окисления на воздухе.

Существенную роль играет также режим обжига, регулировать который можно главным образом за счет общей высоты анода при данной технологии подготовки брикетов и частоты загрузки их в алюминиевый кожух.

Угольную массу с меньшим содержанием связующего (около 25%) применяют для забивки швов между блоками при монтаже угольной подины ванны. Угольные блоки для пода и боковой футеровки электролизеров изготовляют на специальных электродных заводах. Шихту для блоков готовят из смеси прокаленного и размолотого антрацита с нефтяным коксом и 16—18% от веса массы пека, выполняющего роль связующего материала. Массу тщательно перемешивают на специальных смесительных машинах с подогревом до 100—110° С и прессуют либо на прошивных прессах, либо в глухую матрицу под давлением до 1000 кг/см². Полученные блоки высушивают на воздухе и подвергают обжигу в кольцевых камерных печах, обогреваемых генераторным газом. Необходимо при этом строго выдерживать определенный режим обжига, который продолжается 18—20 суток без доступа воздуха при постепенном подъеме температуры до 1300—1400° С и медленном пониже металла. Здесь же указаны расходные коэффициенты сырья и электроэнергии и относительный удельный вес элементов затрат, составляющих себестоимость.

Переплавка и рафинирование алюминия

Извлекаемый из электролизеров алюминий-сырец содержит различные примеси. Последние ухудшают коррозионную стойкость и пластические свойства алюминия, а также уменьшают его электропроводность. Все примеси в алюминии-сырце можно разделить на три группы: 1) металлические, 2) неметаллические и 3) газовые.

Из металлических примесей основную часть, в отдельных ваннах до 1,8%, составляют железо и кремний и много других металлов с общим количеством 0,01 —0,05 % .

К неметаллическим примесям относятся глинозем, фториды, углерод, карбид и нитрид алюминия. Основной газовой примесью является водород, который растворяется в расплавленном алюминии от 0,05 до 0,25 см³ на 100 г алюминия.

Рис. 2. Ванна для электролитического рафинирования алюминия:

1 — подина ванны; 2 —кожух; 3 — футеровка; 4 — загрузочный карман; 5—катод; 6 — катодная шина; 7 — рафинированный алюминий; 8 — электролит; 9 —анодный сплав; 10 — магнезитовая футеровка.

Для очистки алюминия от неметаллических примесей и газовых включений через расплавленный алюминий в ковше пропускают в течение 10—15 мин газообразный хлор из баллонов в специальной хлорной камере. Хлор взаимодействует с частью алюминия, образуя АlСl₃, который выделяется из металла в виде паров. Пары АlСl₃ адсорбируются взвешенными в металле частицами глинозема, фторидов и угля. Эти частицы всплывают вместе с АlСl₃ на поверхность расплавленного металла в виде серого порошка и удаляются дырчатыми ложками. Водород удаляется из алюминия при этом с отходящими газами.

Очистить алюминий можно и при переплавке металла, которую производят в отражательных электрических печах сопротивления. Цель такой переплавки, кроме очистки от неметаллических примесей и газовых включений, получить путем смешения различных по качеству партий алюминия металл нужной марки и отлить в слитки нужной формы и размеров.

Нередко после хлорирования металлу дают отстояться и в жидком виде направляют для смешения и некоторой дополнительной рафинировки в отражательную печь сопротивления. Алюминий получается с содержанием его 99,5—99,7%. Для получения алюминия высокой чистоты (99,99%) Аl) металл подвергается дополнительному электролитическому рафинированию (рис. 2).

Промышленное применение получил трехслойный метод, в котором анодом служит загрязненный сплав, катодом — чистый рафинированный алюминий, а электролит, состоящий из расплавленной смеси 60% ВаСl₂, 23% lIF₃ и 17% NaF, расположен между ними. Для утяжеления анодного сплава к нему добавляют до 30% меди. При температуре электролиза, равной около 740—760°С, с отношение плотностей таково (в г/см³):анодный сплав около 3, электролит 2,7, а катодный алюминий 2,3.

Конструкция электролизера напоминает обычную многоанодную ванну для получения алюминия. Устройство подины аналогично устройству ее в алюминиевых ваннах с той разницей, что внутренняя боковая футеровка составлена не из угольных плит, а из магнезитового кирпича, что позволяет устранить утечку тока через футеровку. Для отвода тока от слоя рафинированного алюминия в него на 5—6 см погружены графитированные электроды, защищенные от окисления алюминиевыми кожухами.

Для загрузки алюминия, подлежащего рафинированию, в боковой футеровке сделан карман, футерованный магнезитовым кирпичом и сообщающийся с рабочим пространством ванны на уровне анодного сплава. Процесс рафинирования сводится к растворению из анодного сплава алюминия и более электроотрицательных примесей— натрия, кальция, магния и др. Более электроположительные примеси — кремний, медь, железо и другие — не растворяются и накапливаются до некоторой концентрации в анодном сплаве.

На катоде идет разряд практически только ионов алюминия. Другие электроотрицательные примеси накапливаются в электролите. Анодный сплав и электролит периодически заменяют новыми.

Выход по току достигает до 98%, а напряжение на ванне 6—7 в при электродной плотности тока около 0,5 а/см².

Одним из возможных способов получения алюминия весьма высокой чистоты может быть дистилляция технического алюминия через его субсоединения (одновалентный алюминий), а также зонная перекристаллизация.

Статья на тему Производство алюминия

Алюминий по-русски

В России все самые масштабные проекты прячутся где-то далеко за Уралом, в тайге. Там сложно жить, нелегко работать и строить. Но это наш кладезь ресурсов, кладезь, на стыке веков подзаброшенный. Хотя если приглядеться повнимательней, то окажется, что некоторые уснувшие ещё в советские времена амбициозные проекты освоения в последнее десятилетие просыпаются усилиями крупного частного бизнеса.

Держа в руках билет на поезд из Красноярска до станции Карабула, я, конечно, первым делом полез смотреть спутниковые снимки. «Гуглу» этот — Богучанский — район неинтересен, и местную тайгу американцы не переснимали лет десять, наверное, — тут лес. Русские знают, куда смотреть, поэтому на «Яндекс.Картах» чуть южнее посёлка Таёжный хорошо виден почти идеальный квадрат — это 231 гектар Богучанского алюминиевого завода. Но и здесь он выглядит недостроенным, поэтому и едем — увидеть своими глазами, как делают триста тысяч тонн алюминия в год посреди красноярской тайги.

Таёжный. Начало

Посёлок Таёжный стоит посреди тайги в четырнадцати часах на поезде от Красноярска. Поезда ходят полными: исторически Таёжный — это пересадочный пункт для вахтовиков, которые едут дальше на Север, поэтому и железнодорожная станция тут крайне оживленная, крепкие русские мужики со всей Сибири целеустремленно тащат на себе всё, что нужно для очередной вахты.

Здесь же, в самом Таёжном, как говорят местные, «жили за счёт леса и нефти», то есть основная работа для шести тысяч местных жителей — это обслуживание нефтяных месторождений в районе и буквально лесоповал, сбор ягод и грибов. Такая русская тайга. Была такой.

Да, когда едешь от станции в центр посёлка, видишь старые двухэтажные деревянные полубараки, но ощущения ненужности и забвения, которые так характерны для многих сёл и посёлков русской глубинки, здесь почему-то нет.

Если выйти на улицу Строителей вечером часов в девять в середине ноября, а в этом году первый плотный снег лёг на землю именно в ноябре, то возникает странное ощущение — разрыв шаблона, как будто ты находишься не там, где планировал оказаться. Не только потому что эта, одна из центральных улиц, хорошо освещена и убрана. Над засыпающим посёлком негромко, едва различимо звучит какая-то очень знакомая джазовая композиция, что-то из шестидесятых, из Нью-Йорка, что-то очень предновогоднее… На фонарных столбах — динамики, под музыку из которых редкие пешеходы спешат домой ужинать.

Это удивительное для таёжного посёлка явление, конечно, не имеет отношения к алюминиевому заводу, но настроение создаёт отменное.

Алюминиевый завод появился здесь не случайно и не сразу, конечно. Для того чтобы понять, почему РУСАЛ решил строить свой ультрасовременный, один из крупнейших и едва ли не самый дружественный природе завод именно здесь, надо сменить оптику и обратиться к истории, но сначала один важный факт, из которого вытекает всё остальное.

Миллиарды ватт

Алюминий делают промышленным способом с начала двадцатого века. Промышленное производство алюминия требует трёх составляющих: сырья, немного химии и огромного, немыслимого количества электроэнергии. 15 мегаватт в час нужно для получения одной тонны алюминия. Объёмы электричества, которые потребляет алюминиевый завод, в европейской части России стоят столько, что производство просто нерентабельно. В Китае, например, алюминиевые заводы работают на электричестве от угольных станций — представляете, какой урон атмосфере они наносят?

Сибирь же помимо всех богатств таит в себе главное: чистую энергию рек. И здесь надо вернуться к спутниковым картам и обнаружить в 150 километрах севернее Таёжного посёлок Богучаны, стоящий на берегу реки Ангары.

Первые идеи о развитии этого региона на базе электроэнергии гидроэлектростанций появились в конце сороковых годов. Проект предусматривал строительство каскада из семи ГЭС, и три из них — Иркутскую, Братскую и Усть-Илимскую — успели построить до начала восьмидесятых. Богучанскую же ГЭС заложили, но построить не успели. И так бы она и осталась очередным вечным памятником освоению Сибири, если бы в середине нулевых годов нового века по инициативе Олега Дерипаски компания РУСАЛ вместе с РусГидро и Внешэкономбанком не заключили партнёрское соглашение — вместе инвестировать в ГЭС и построить под Таёжным алюминиевый завод. В России и тогда не было, да и сейчас нет самостоятельной структуры — частной или государственной, — которая могла бы реализовать такой проект. А здесь редкий пример эффективного партнёрства бизнеса и государства и ещё более редкий пример воли: и ГЭС, и завод построены и работают. Всё вместе это называется Богучанское энергометаллургическое объединение, включающее в себя БоАЗ и БоГЭС.

Рабочая смена

Заводской автобус полчаса везёт рабочих, живущих в Таёжном, на работу. Это неутомительная дорога: в отличие от многих сибирских она асфальтовая, а не гравийная. По дороге Олег — он работает в заводском отделе безопасности труда, приехал на завод из Иркутска — бойко расспрашивает о жизни в Москве, но на вопрос, не хочет ли он перебраться в столицу, где, как говорят, больше возможностей, неожиданно спокойно говорит: «Зачем? Мне здесь очень комфортно: зарплата по местным понятиям приличная, жильё есть, лес, природа, дочка растёт. Я тут надолго, думаю. Единственное, садика детского не хватает, но это вроде временно».

Я не успел удивиться, потому что автобус остановился у проходной. Бегущая строка над подъездом поздравляет кого-то из рабочих с днём рождения, но в этот момент всё внимание уже привлечено масштабом предприятия — конечно, снимки из космоса не дают даже примерного представления о том, что такое третий крупнейший алюминиевый завод в стране.

AL Non-stop

Первое ощущение от этого завода (в сравнении с многими другими, где я был) двоякое: с одной стороны — слишком свежий, с другой — как будто он и не работает вовсе. Никакого грохота, шипения, испарений, дыма и рабочих, снующих между цехами. Лишь два момента говорят приезжему журналисту, что работа идёт: выруливающий из-за угла грузовик, перевозящий что-то сыпучее, и пар над градирней.

На самом деле, производство здесь не останавливается ни на минуту и соответственно работа идёт посменно по двенадцать часов два через два. Об этом узнаёшь уже после инструктажа по безопасности и получения невероятно тёплой спецодежды с обязательными каской, маской и очками.

Справка: алюминий — это самый распространённый на земле металл и третий (после кислорода и кремния) элемент в земной коре. Однако в чистом виде он встречается только крохотными кусочками и только в жерлах вулканов, в остальных случаях это различные соединения, из которых алюминий в процессе производства надо извлечь при помощи электролиза.

При том, что этот удивительный металл буквально лежит у нас под ногами, далеко не всякое сырьё можно эффективно использовать. Лучшая руда для извлечения алюминия — это бокситы, самые большие залежи которых находятся в африканской Гвинее, Австралии, Бразилии, Индии и на Ямайке.

И, хотя в это сложно поверить, БоАЗ работает на сырье, которое добывают на австралийских предприятиях.

Внешне бокситы обычно выглядят как ярко-рыжая каменистая глина. Её просто вынимают из карьеров открытым способом. Впрочем, бокситы могут быть и другого цвета.

Отдельное предприятие перерабатывает бокситы в глинозём гидрохимическим методом, который открыл российский учёный Карл Иосифович Брайер в конце девятнадцатого века. Глинозём — это белый, а вернее сероватый кристаллический порошок, и именно из него делают алюминий на БоАЗе. Его и перевозят грузовики по территории завода — из накопительного элеватора на 18 тысяч тонн в электролизный цех.

«Анодный эффект на электролизёре 1041», — произносит сухой женский голос в динамиках, и эти слова разносятся по цеху, настолько длинному, что его противоположный конец не видно. Кажется, что десятки людей должны броситься к электролизёру 1041 с вопросами, но лёгкий анодный эффект — это рядовое явление, которое регистрируется автоматической системой управления процессом. Да и нет здесь десятков людей.

Всеми процессами в этом гигантском цехе и соседнем его близнеце управляет с десяток человек. Единожды запущенный процесс электролиза необходимо обслуживать постоянно, за всеми показателями следит автоматика, а значит персонала меньше, но он более квалифицированный.

Сейчас здесь на два цеха 336 электролизёров, это не полная мощность завода, а только его первая очередь. Ещё два цеха заложены в инвестпроекте, и даже сваи под них уже вкопаны. Четыре цеха вместе и дадут ожидаемый показатель в 600 тысяч тонн алюминия в год.

«Наши парни, рабочие нашего цеха, играли летом в пейнтбол против команды учителей поселковой школы. Выиграли, радовались как дети, но праздновали потом все вместе», — говорит сотрудник электролизного цеха Александр. «В пейнтбол?!» — уточняю я. «Да, но, вообще, летом самое популярное у нас тут — турслёты, там ребята провешивают верёвки между деревьями, детишки карабкаются, да и взрослые тоже. Палатки, костры — семьями приезжают».

Когда на улице минус 20, как-то совсем не представляется летний отдых. «Ну подойди, погрей вон руки на шине», — смеётся Александр. Это хорошее предложение, но для человека, плохо понимающего в электричестве, положить руку на толстую алюминиевую балку, по которой идёт ток силой 300 тысяч ампер, — это испытание. Она и правда тёплая.

Справка: электролиз — это физико-химический процесс, при котором электрический ток проходит от анода к катоду через расплав электролита, изменяет его структуру и выделяется искомое вещество. В нашем случае — тринадцатый элемент таблицы Менделеева, Al, алюминий.

Электролизёр РА-300Б, а именно такие здесь установлены, — это большая ванна, дно которой выложено графитовыми блоками 24 сантиметра в толщину, а борта из карбидкремниевой плиты. В этой ванне 17 сантиметров жидкого алюминия и 17 сантиметров электролита. В электролит опущены угольные аноды — 36 штук, — а катодом служит графитовая подина электролизёра. Шесть алюминиевых шин подают на аноды ток силой 312 килоампер, но напряжением всего 4,2 вольта — это меньше, чем в батарейке «Крона» в 9 вольт. Поэтому, несмотря на моё собственное напряжение, прикосновение к тёплой шине никак на меня не повлияло.

Глинозём внутрь попадает при помощи простой, но точной системы подачи. Раз в точно заданный промежуток времени специальный стержень пробивает в запёкшейся корке небольшое отверстие, и по трубе, больше похожей на иглу гулливерова шприца, в отверстие ссыпается ровно 1150 граммов сырья. Плюс-минус 10 граммов, не больше.

Под воздействием электричества связи между атомами алюминия и кислорода в глинозёме (оксиде алюминия) разрываются и получается, как вы догадались, алюминий и кислород. И если бы не угольные аноды, это был бы генератор свежего воздуха.

Сутки в электролизёрном цехе длятся 32 часа. Именно в такой промежуток времени на каждом электролизёре меняют одну пару 930 килограммовых анодов, остужают держатели и отправляют в анодный цех на восстановление. Раз в 32 часа специальный металловоз выбирает из электролизёра 3170 килограммов расплавленного алюминия.

Процесс производства алюминия за последние сто лет практически не изменился, только модернизировался. Главное направление инженерных разработок РУСАЛа сейчас — создание такого анода, который бы не сгорал. Если аноды перестанут гореть, то алюминиевые заводы будут вырабатывать столько кислорода, что перекроют все экологические издержки от всех производств в России вообще. Ну, почти.

А пока максимальная экологичность производства достигается (как и во многих других областях промышленности) максимально закрытыми контурами, максимально эффективным сбором выделяемых газов и максимальной эффективностью.

По правилам безопасности здесь надо носить маску, но я, признаться, за несколько часов в электролизёрном цехе никакого неприятного запаха и вообще угрозы здоровью не почувствовал. Вся магия в газоочистках.

«Сухая» газоочистка — а именно такая технология используется на БоАЗе — использует сырьё, то есть глинозём, в качестве фильтра для фтористых соединений. То есть буквально: сырьё прогоняют через газоочистную систему, в ней глинозём насыщается фтором, поглощая его почти целиком, и только после этого отправляется в электролизёры. И воздух чистый, и дорогой криолит сэкономили.

Всю установку обслуживает смена из всего трёх человек. Каждая такая система обслуживает один огромный цех и очищает газ на 99,7%. Это французские технологии. Только в газоочистку БоАЗ вложил 11 миллионов евро, и это тот случай, когда не жаль потраченных денег и не стыдно привезти технологии из-за рубежа. Ни чёрного, ни серого снега вокруг завода я не нашёл, и вы не найдёте.

Причём французы вместе с боазовцами как-то так подкрутили систему газоочистки, что европейские фильтры в тайге работают лучше, чем на родине.

Наши коллеги из другого издания поднялись над БоАЗом на квадрокоптере и сделали попытку заглянуть в трубу газоочистной установки с высоты птичьего полёта. И заглянули. И были разочарованы. «Там ничего нет», — сказал мне потом пилот.

Впрочем, у ребят были более серьёзные проблемы. Гигантская сила тока в электролизёрах создаёт такой электромагнитный эффект, что вблизи них останавливаются механические часы (о чём честно предупреждают на инструктаже по безопасности), прыгают связки ключей и… сбиваются навигационные системы квадрокоптеров. Слава богу, техника осталась цела.

Металлурги, которые здесь работают, конечно, привыкли к этому зрелищу, но для человека постороннего это производство напоминает сбор урожая на какой-то космической плантации. Футуристического вида краны медленно передвигаются под потолком, перемещаясь от одного требующего замены анода к другому. Кажется, что ими управляет искусственный интеллект, но естественно в кабине крана сидит человек. Внизу второй специалист уверенно открывает крышку электролизёра и что-то проворачивает в тысячеградусном расплаве металлическим щупом, а затем, когда в воздух поднимается держатель, спокойно, уверенно и аккуратно обходит раскалённый анод и наблюдает, как кран ставит его в специальный контейнер остужаться. Это какие-то сверхлюди, управляющие сверхпроцессами.

«Ожоги бывают?» — спрашиваю, отодвигаясь максимально далеко от того, что осталось от массивного анода. — «Человеческий фактор никуда не делся, поэтому бывает, что капля на спецовку попадёт, но так и одежда жаропрочная. В целом люди с головой все, опытные специалисты, плюс инструкции по безопасности очень чёткие», — говорит Алексей.

Ручной труд в отличие от многих других производств здесь сведён к минимуму, и сотрудники этого цеха — уже не электролизники, как раньше, а «операторы автоматического производственного процесса», управляющие сложными и дорогими машинами российского, голландского, канадского и французского производства. Работа значительно более безопасная, но требующая внимания и квалификации.

Футуризма добавляют массивные и медлительные металловозы. На каждом установлена огромная ёмкость — это вакуумный ковш. Он вмещает почти 10 тонн свежего расплавленного алюминия и за один проезд выкачивает расплав из трёх электролизёров. Процесс забора — в копилку аналогии с плантацией. Автоматика откачивает из ковша воздух, создавая отрицательное давление, и затем длинная труба опускается в предварительно пробитое в корке электролита отверстие. Через 15 минут «насытившийся» металловоз вынимает «жало» из электролизёра и двигается к следующему.

И этот процесс не останавливается ни на минуту — остановка работы электролизёра неминуемо приведёт к его выходу из строя. Если алюминий внутри застынет, установку придётся фактически заново пересобирать.

Почти золото

У металловоза есть запас времени, чтобы неспешно добраться с грузом в литейный цех. В электролизёре температура — на уровне 960 градусов, а температура плавления алюминия — 660 градусов. Поэтому, когда вакуумный ковш начинает наклоняться, чтобы слить содержимое в гигантский миксер, расплав остывает совсем немного.

Два столетия назад алюминий ценился дороже золота, из него делали столовые приборы для монарших особ, украшения и сувениры из алюминия преподносили в качестве подарков правителям государств. Сегодня алюминий окружает нас со всех сторон, выпускают его в разных формах, но конкретно здесь — на БоАЗе — алюминий отливают в слитки. И хотя называют их на профессиональном языке чушками, в рыжеватом свете натриевых ламп жидкий металл в формах по-прежнему походит на золото.

Здесь три таких современных шестидесятитонных миксера (один всегда в резерве, то есть работают два), главная задача которых — выплавить из свежего алюминия оставшиеся примеси железа, кремния и других элементов. Здесь тоже важна чистота металла, однако в отличие от золота алюминий значительно реже используется в чистом виде, а чаще — в виде сплавов. Поэтому уже после тщательного «перемешивания» в миксере в расплав добавляют легирующие добавки. В зависимости от марки выпускаемого алюминия это может быть железо, кремний, магний, да почти вся таблица Менделеева. Сейчас существует больше ста марок алюминия, каждая из которых отличается свойствами.

В литейном цехе жарко, и людей здесь значительно больше, чем в электролизе. Оно и понятно: в электролизёрном тихо работает электрический ток, здесь же люди и машины должны отлить из расплава почти 800 тонн за один день.

Из миксеров расплав с легирующими добавками разливается по формам-изложницам на конвейере, специальная роболопатка снимает плёнку, образующуюся на поверхности, — она повредит свойствам готового алюминия. В процессе движения алюминий в формах остывает до «всего» 400 градусов, а на выходе тёплую «чушку» можно даже аккуратно потрогать — 60 градусов.

Существует масса разновидностей товарного алюминия, его выпускают в брусках, цилиндрах, блоках, а на БоАЗе основная линия выпускает «чушки» — слитки сложной формы весом 22,5 килограмма. Прямо при нас идёт пусконаладка нового итальянского агрегата, который будет отливать бруски прямоугольной формы, причём на большой скорости — 120 тысяч тонн в год.

«А на классическом, так сказать, производстве вот эти «чушки» с конвейера снимает человек. Такими зацепами — это чудовищно тяжёлая работа», — говорит мастер литейного отделения Александр. Он внимательно наблюдает за пуском нового — итальянского на этот раз — литейного агрегата с очередным роботом-манипулятором, который без помощи человека укладывает тонну металла в стопочку и затягивает пластиковой лентой. Здесь все линии такие. «Кто быстрее?» — спрашиваю. «Ну вот этот 25 тонн в час тягает, а так обычно впятером 20 тонн часов за пять-шесть могут упаковать». Так здесь, оказывается, просто курорт для литейщиков. «Некоторые ребята даже как-то пытаются компенсировать отсутствие нагрузки. После смены могут в спортзал пойти в посёлке, загляните, кстати, туда». Я и в Москве-то такие предложения вежливо пропускаю вперёд, но тут так случилось, что в спортзал мы всё-таки зашли.

Город в посёлке

При всех уверенных плюсах работы на новом заводе: свежее современное оборудование, «зелёные» безопасные для людей и природы технологические процессы, очень приличные для региона зарплаты, — получить в Таёжном нужное количество опытных специалистов, готовых интенсивно работать на запуске первого в постсоветское время алюминиевого завода — было очень непросто.

В самом посёлке металлурги отродясь не селились, а значит, большую часть планового персонала завода — 1300 человек — нужно было не просто привезти, но ещё и уговорить остаться, ведь алюминиевый завод — это не ресторан: через два года не закроешь и перенести его нельзя.

«Берите в команду только профессионалов, которые разделяют ваши цели и веру в успех» — слова Олега Дерипаски, смысл которых на БоАЗе хорошо понимают, иначе бы проект остановился еще в двухтысячных. Таких людей надо найти, увлечь и показать, что здесь можно жить и развиваться.

И РУСАЛ поступил единственно возможным способом: начал создавать условия для своих сотрудников, тесно вплетая эти условия в местную жизнь. Алюминий пришёл сюда надолго, и эти инвестиции должны поднять уровень жизни во всём районе.

Пять лет назад в восьмистах метрах от того места, где я в первый день слушал вечерний таёжный джаз, завод начал строить целый новый микрорайон. Это не закрытый элитный посёлок, а современный городской квартал пятиэтажной застройки, с непривычными для Таёжного яркими цветами стен, остеклёнными во всю высоту балконами, на которых мёрзнут велосипеды, детскими площадками и светодиодными фонарями.

Приехавший на работу на заводе металлург получает здесь квартиру на всё время своего контракта. Это жильё не надо отделывать и обставлять — вся мебель и техника уже на месте.

Валерий из административно-хозяйственного отдела завода рассказывает, что по плану тут должно быть больше девятисот квартир, а учитывая, что едут семьями с детьми, Таёжный прирастает почти половиной своего населения. Сначала местные не очень-то верили, что микрорайон построят, потом, когда стало понятно, что построят, оказалось, что этим новым жителям Таёжного нужны продуктовые и хозяйственные магазины, нужно ремонтировать машины и технику, и местный бизнес медленно, но верно начал разворачиваться. Косвенные позитивные изменения.

У этого города в посёлке своя котельная, по плану небольшой парк, школа. Посреди квартала — здание поликлиники, туда сейчас завозят оборудование. А когда все инфраструктурные объекты будут построены, их передадут на баланс посёлка. Тут ещё много разных вопросов: например, врачей для поликлиники тоже надо откуда-то звать и их тоже надо где-то селить, возможно, в этих же домах. Все эти моменты постепенно согласуются с местными властями.

Для жителя столицы крайне непривычен уровень доверия окружающему миру — в подъездах нет домофонов, но внутри при этом чисто, тепло и просторно.

«Секунду, — говорит Валерий и чётким рабочим шагом направляется к стоящим в углу непривычно просторного коридора детским коляскам. Обходит их и открывает широкую дверь в пустое помещение. — Это колясочная, понимаете… Надо табличку, наверное, повесить, а то люди не решаются что ли туда коляски ставить. Хотя, наверное, в проём не прошла». Красивая польская коляска и правда большая, на двух погодков. Колясочная. Мне, живущему в панельной девятиэтажке на юго-востоке Москвы, отчаянно завидно. По-белому, конечно.

Двух вещей ждут жители этого посёлка: детского сада, который уже почти введён в эксплуатацию, и второго детского сада, который строится. Обычная проблема роста: мест на всех детей в поселковом детском саду нет, он просто не рассчитан на такое количество молодых таежан. Поэтому Олег, с которым я познакомился утром, в конце смены спешит забрать дочь из маленького домашнего садика — тоже нормальное явление. Во многих семьях жены сидят дома с детьми и помогают другим мамам и папам, которые посменно делают алюминий. Я вам скажу, им есть, чего ждать: в обоих садиках будут свои собственные бассейны.

Ну и, собственно, легендарный спортзал с понятным названием «Металлург» — в подвале одного из первых построенных домов. Это не банальная качалка: администратор Кристина, для начала очень строго потребовавшая снять уличную обувь, с очевидной гордостью показывает несколько залов: здесь детишки боксом занимаются. Парень с завода ведёт занятия — бесплатно, конечно. Здесь у нас тренажёры, здесь стол для русской пирамиды, а тут настольный теннис. А вот фотографии наших ребят в Красноярске на чемпионате Евразии по пауэрлифтингу — второе место в командном зачёте.

Мне сложно сказать, существует ли какой-то водораздел между «старыми» и «новыми» жителями Таёжного. Валерий говорит, что нет, и в это легко поверить, ведь РУСАЛ вкладывается здесь не только в инфраструктуру, но и в социальные проекты. Фестиваль науки, спортивные соревнования, турслёты. Районные газеты пишут, что если раньше в Таёжном на праздники устраивали народные гуляния, то сейчас это концертные площадки, игры для детей и взрослых, турниры. Настоящие фестивали для всех.

Что дALьше

Инвестпроект Богучанского энергометаллургического объединения ещё не завершён. Впереди запуск второй очереди алюминиевого завода, выход на проектную мощность.

Дальше — развитие инфраструктуры Таёжного, открытие детских садов, поликлиники, спортивного центра, строительство запланированного квартала таунхаусов. Краевые власти обещают новые дороги.

«У меня нет такого, что я говорю себе: я приехал сюда на три года или на десять лет. Здесь есть работа и — особенно важно — реальная возможность быстрого карьерного роста, профессионального», — это слова Константина, технолога электролизного цеха. Он родился в Таёжном, но, как и многие, уехал в Красноярск, потом в Саяногорск, а потом вернулся. Потому что в Таёжном для него появилась перспектива.

Главное слово, которое звучит во всех разговорах, — изменения. Слово, которое непривычно слышать посреди приангарской тайги. Тем не менее целый большой район действительно меняется: развивается, привлекает людей, бизнес и инвестиции. Сохраняя при этом всё, что мы так ценим в Сибири и сибиряках: открытость, трудолюбие и радушие.

Производство алюминия: victorborisov — LiveJournal

АО «Казахстанский электролизный завод» (КЭЗ), входящий в состав ENRC (Eurasian Natural Resources Corporation) — единственный завод в Казахстане по производству первичного алюминия. Завод находится в Павлодаре. Открыт в 2007 году. Включает в себя электролизный цех, литейный цех, цех по изготовлению анодов и другие вспомогательные отделения. На его базе образован металлургический кластер с полным циклом производства: добыча бокситов, получение глинозема, выработка «крылатого металла». В настоящий момент производственная мощность завода — 125 000 тонн в год. Алюминий выпускается в двадцатикилограммовых слитках марки А-85 (содержит 99,85 % алюминия).

А мы тем временем приступим к изучению технологии производства алюминия в фотографиях.

Общая информация
Алюминий — химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Земная кора на 8,8% состоит из алюминия (для сравнения, содержание в земной коре железа – 4,2%, меди – 0,003, золота – 0,000005%). В природе алюминий встречается только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия — в обиходе он называется глиноземом , или просто глиной. Глина примерно на треть состоит из оксида алюминия и является потенциальным сырьем для его производства.

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ.

Важнейшие потребители алюминия и его сплавов — авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Производство алюминия
Сущность процесса производства алюминия заключается в получении безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозёма) с последующим получением металлического алюминия путем электролиза растворенного глинозема в криолите.

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух основных стадий:

• Получение глинозема (Al₂O₃) из алюминиевых руд;
• Электролиз и рафинирование алюминия из глинозема;

Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью. Полученный алюминат натрия подвергают гидролизу. В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия обезвоживают путем нагрева во вращающихся печах и получают обезвоженный глинозем.

Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят гидроксид алюминия, в результате чего образуется фторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой и получают криолит, выпадающий в осадок. Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.

Таким образом получают глинозем, представляющий из себя серый порошок. Следующая задача выделить из него чистый алюминий с помощью электролиза. Вот теперь начинается самое интересное:

Цех по изготовлению анодов

2. Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных электродов, которые служат для подвода тока к электролиту в электролизерах.

3. Здесь производят прессованные предварительно обожженные электроды.

4. Анод представляет собой призматический блок, на верхней плоскости которого имеется несколько ниппельных гнезд (углублений).

5. Анодные блоки изготавливают из малозольных и малосернистых коксов.

6. Для подвода тока к аноду служат стальные ниппеля, которые вставляют в ниппельные гнезда и заливают расплавленным чугуном или заделывают углеродистой пастой.

7. Для производства углеродистых изделий применяют твердые углеродистые материалы, составляющие основу электрода, и связующие углеродистые вещества, заполняющие промежутки между зернами твердых углеродистых материалов. При обжиге изделий связующие вещества коксуются и прочно связывают зерна твердых углеродистых материалов между собой.

8.

9.

Электролизный цех

10. Современный цех электролиза представляет собой территориально и административно обособленную хозрасчетную единицу с полным циклом производства — от приемных складов сырья до складов товарной продукции, основу которого составляет одна или несколько серии последовательно соединенных электролизных ванн.

11. Электролизер представляет собой ванну с расплавленным криолитом, двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий.

12.

13.

14. Жидкий алюминий выделившийся на подине, служащей катодом, тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают. Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, с выделением окиси углерода СО и двуокиси углерода CO₂.

15. Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Рабочее напряжение на ванне 4-5 В. Рядом с электролизерами присутствует сильное электромагнитное поле.

16. Специальная машина транспорта анодных паллет. Применяются для транспортировки свежих анодов и анодных огарков между анодо-монтажным отделением (АМО) и корпусом электролиза.

17. Общие размеры цеха впечатляют. Позади такой же ряд электролизеров, а также рядом находится второй цех аналогичных размеров.

18. Характерным для производства глинозема, фтористых солей и углеродистых изделий является требование максимальной степени чистоты этих материалов.

19. В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей, которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров.

20. По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема.

Литейный цех

21. Литейное отделение расположено на территории электролизного цеха с таким расчетом, чтобы транспортные пути жидкого металла из корпусов электролиза в литейное отделение были минимальными. Основное оборудование этого отделения — отражательные печи (миксеры) с электрическим обогревом.

22. Обычно для повышения качества продукции устанавливают последовательно две спаренные отражательные печи, одна из которых (отстойник) предназначается для приема, отстаивания, усреднения температуры и состава металла, а другая (разливочная) — для литья из нее различных видов продукции. Система стационарных печей в отличие от поворотных позволяет осуществить непрерывный процесс литья.

23. Жидкий алюминий выдерживают в электропечи в течение 30—45 минут при температуре 690—730 °С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла.

24. Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через
расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5—99,85%.

25. Разливка мелкоформатной чушки производится в изложницы на разливочной машине конвейерного типа, оборудованной устройством для механического клеймения чушек и системой воздушного или водяного охлаждения изложниц.

26. Разливку металла в изложницы ведут короткой ровной струей. После заполнения изложниц с поверхности металла удаляют оксидную пленку.

27. Устройство для механического клеймения чушек.

28. Отлитые чушки укладываются в штабеля с помощью чушкоукладчика, установленного в конце конвейерной машины.

29. После этого готовая продукция упаковывается в паллеты по 1000 кг и отправляется на склад.

30. Для производства одной тонны алюминия требуется около 14 000 киловатт-часов электроэнергии и окол двух тонн глинозема. В то же самое время, для производства одной тонну глинозера требуется переработать около 5 тонн бокситовой руды. В настоящее время стоимость алюминия на лондонской бирже металлов составляет 2600 долларов за тонну.

Видео с электролизного завода. Я совершил небольшую ошибку пытаясь одновременно снимать фото и видео, в результате на видео имеются паузы в момент экспонирования.

Книга для самостоятельного изучения: Металлургия алюминия

Репортажи с этого завода также смотрите в ближайшее время в журналах russos и gelio (здесь).

Ранее в серии «Индустриальный Казахстан»:
Производство металлургического кремния
Производство стеклопластиковых труб
Локомотивосборочный завод по производству тепловозов ТЭ33А «Evolution»
Карьер золотоизвлекательной фабрики АО «Васильковский ГОК»
Алматинский метрополитен. Часть 1/2

По вопросам организации фотосессий со мной можно связаться по электронной почте — [email protected]

Как выплавляют алюминий » Я Устал

АО «Казахстанский электролизный завод» (КЭЗ), входящий в состав ENRC (Eurasian Natural Resources Corporation) — единственный завод в Казахстане по производству первичного алюминия. Завод находится в Павлодаре. Открыт в 2007 году. Включает в себя электролизный цех, литейный цех, цех по изготовлению анодов и другие вспомогательные отделения. На его базе образован металлургический кластер с полным циклом производства: добыча бокситов, получение глинозема, выработка «крылатого металла».

В настоящий момент производственная мощность завода — 125 000 тонн в год. Алюминий выпускается в двадцатикилограммовых слитках марки А-85 (содержит 99,85 % алюминия).

А мы тем временем приступим к изучению технологии производства алюминия в фотографиях.

Общая информация
Алюминий — химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По содержанию в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Земная кора на 8,8% состоит из алюминия (для сравнения, содержание в земной коре железа – 4,2%, меди – 0,003, золота – 0,000005%). В природе алюминий встречается только в виде различных и очень разнообразных по своему составу соединений. Основная их масса приходится на оксид алюминия — в обиходе он называется глиноземом , или просто глиной. Глина примерно на треть состоит из оксида алюминия и является потенциальным сырьем для его производства.

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это — небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная механическая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагнитен и коррозионностоек к ряду химических веществ.

Важнейшие потребители алюминия и его сплавов — авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Производство алюминия
Сущность процесса производства алюминия заключается в получении безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозёма) с последующим получением металлического алюминия путем электролиза растворенного глинозема в криолите.

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух основных стадий:

• Получение глинозема (Al2O3) из алюминиевых руд;

• Электролиз и рафинирование алюминия из глинозема;

Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью. Полученный алюминат натрия подвергают гидролизу. В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия. Гидроксид алюминия обезвоживают путем нагрева во вращающихся печах и получают обезвоженный глинозем.

Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят гидроксид алюминия, в результате чего образуется фторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой и получают криолит, выпадающий в осадок. Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.

Таким образом получают глинозем, представляющий из себя серый порошок. Следующая задача выделить из него чистый алюминий с помощью электролиза. Вот теперь начинается самое интересное:

Цех по изготовлению анодов

Алюминиевая промышленность является крупным потребителем угольных электродов, которые служат для подвода тока к электролиту в электролизерах.

Здесь производят прессованные предварительно обожженные электроды.

Анод представляет собой призматический блок, на верхней плоскости которого имеется несколько ниппельных гнезд (углублений).

Анодные блоки изготавливают из малозольных и малосернистых коксов.

Для подвода тока к аноду служат стальные ниппеля, которые вставляют в ниппельные гнезда и заливают расплавленным чугуном или заделывают углеродистой пастой.

Для производства углеродистых изделий применяют твердые углеродистые материалы, составляющие основу электрода, и связующие углеродистые вещества, заполняющие промежутки между зернами твердых углеродистых материалов. При обжиге изделий связующие вещества коксуются и прочно связывают зерна твердых углеродистых материалов между собой.



Электролизный цех

Современный цех электролиза представляет собой территориально и административно обособленную хозрасчетную единицу с полным циклом производства — от приемных складов сырья до складов товарной продукции, основу которого составляет одна или несколько серии последовательно соединенных электролизных ванн.

Электролизер представляет собой ванну с расплавленным криолитом, двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия. Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия. Температура в электролизной ванне регулируется изменением зазора между анодами и катодным металлоприемником, на который осаждается расплавленный алюминий.

Жидкий алюминий выделившийся на подине, служащей катодом, тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают. Сверху в электролит погружены угольные аноды, которые сгорают в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, с выделением окиси углерода СО и двуокиси углерода CO2.

Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Рабочее напряжение на ванне 4-5 В. Рядом с электролизерами присутствует сильное электромагнитное поле.

Специальная машина транспорта анодных паллет. Применяются для транспортировки свежих анодов и анодных огарков между анодо-монтажным отделением (АМО) и корпусом электролиза.

Общие размеры цеха впечатляют. Позади такой же ряд электролизеров, а также рядом находится второй цех аналогичных размеров.

Характерным для производства глинозема, фтористых солей и углеродистых изделий является требование максимальной степени чистоты этих материалов.

В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей, которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров.

По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема.

Литейный цех

Литейное отделение расположено на территории электролизного цеха с таким расчетом, чтобы транспортные пути жидкого металла из корпусов электролиза в литейное отделение были минимальными. Основное оборудование этого отделения — отражательные печи (миксеры) с электрическим обогревом.

Обычно для повышения качества продукции устанавливают последовательно две спаренные отражательные печи, одна из которых (отстойник) предназначается для приема, отстаивания, усреднения температуры и состава металла, а другая (разливочная) — для литья из нее различных видов продукции. Система стационарных печей в отличие от поворотных позволяет осуществить непрерывный процесс литья.

Жидкий алюминий выдерживают в электропечи в течение 30—45 минут при температуре 690—730 °С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла.

Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через
расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в алюминии. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5—99,85%.

Разливка мелкоформатной чушки производится в изложницы на разливочной машине конвейерного типа, оборудованной устройством для механического клеймения чушек и системой воздушного или водяного охлаждения изложниц.

Разливку металла в изложницы ведут короткой ровной струей. После заполнения изложниц с поверхности металла удаляют оксидную пленку.

Устройство для механического клеймения чушек.

Отлитые чушки укладываются в штабеля с помощью чушкоукладчика, установленного в конце конвейерной машины.

После этого готовая продукция упаковывается в паллеты по 1000 кг и отправляется на склад.

Для производства одной тонны алюминия требуется около 14 000 киловатт-часов электроэнергии и окол двух тонн глинозема. В то же самое время, для производства одной тонну глинозера требуется переработать около 5 тонн бокситовой руды. В настоящее время стоимость алюминия на лондонской бирже металлов составляет 2600 долларов за тонну.

Всё, спасибо

Что делают из алюминия? Сферы применения данного металла

Производство алюминия в России идет полным ходом. Всего за год здесь изготавливается свыше 4 000 000 тонн этого сплава. Вопреки популярному заблуждению именно этот металл является самым распространенным на планете, после него идет железо. Но что делают из алюминия, ведь известно, что он применяется в разных отраслях промышленности? В частности, можно выделить машиностроение, авиацию, химическую промышленность и даже гражданское строительство, не говоря уже о производстве предметов бытового применения.

Авиация

Сплав алюминия является основным конструкционным материалом, который используется в современной авиапромышленности. Его потребление резко возросло на этапе развития самолетами дозвуковых и сверхзвуковых скоростей.

На данный момент существуют сплавы различных серий – от 2ххх до 7ххх. Металл версии 2ххх используется для работы при очень высоких температурах, при этом у него высокий коэффициент вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх используются для создания деталей, которые будут эксплуатироваться под большой нагрузкой и низкой температурой. Они отличаются высокой сопротивляемостью коррозии. Малонагруженные узлы уместно делать из сплавов серии 3ххх, 5ххх, 6ххх. Такие используются в масло-, гидро- и топливных системах.

В России при создании узлов для самолетов используют высокопрочные алюминиевые сплавы, которые предварительно подвергаются термической обработке. Также активно используются сплавы средней прочности. Обшивка лайнера, крылья, фюзеляж, киль и т. д. – все эти элементы изготавливаются именно из этого материала. Сплав 1420 активно используется для создания сварного фюзеляжа пассажирского лайнера. Теперь понимаем, что делают из алюминия в авиации.

Космическая техника

Также данный металл обладает преимуществом при создании космической техники. Благодаря небольшому весу и высоким показателям удельной прочности из алюминия можно изготовить баки, носовые и межбаковые части ракеты. Этот металл хорошо работает при криогенных температурах в контакте с гелием, водородом и кислородом. У него происходит криогенное упрочнение – явление, при котором показатели прочности при понижении температуры растут.

Однако это еще не все, что делают из алюминия. Он находит применение и в других отраслях.

Судостроение

В основном в этой отрасли промышленности материал используют для изготовления корпусов судов, а также коммуникаций для оборудования и палубных надстроек. Благодаря применению этого металла конструкторам удалось на 50-60 % снизить массу судов, благодаря чему достигается высокая экономия топлива и повышенная грузоподъемность, маневренность и скорость также растут.

Железнодорожный транспорт

Подвижный состав на железной дороге эксплуатируется в тяжелых условиях, он подвергается ударным нагрузкам. Поэтому и требования к материалам изготовления таких составов высоки. Алюминий целесообразно применять для изготовления железнодорожных составов из-за высокой удельной прочности, небольшой силы инерции, а также повышенной коррозионной стойкости. К тому же в специальных алюминиевых емкостях можно перевозить продукты нефтехимической и химической промышленности.

Автомобильная промышленность

В автомобилях уместно использовать металлы высокой прочности и небольшой массы. При этом они должны быть устойчивыми к коррозии и обладать декоративной поверхностью. Такое вещество, как алюминий, из чего делают кузовы легковых автомобилей, как раз соответствует этим критериям. Благодаря ему производителям удается снизить вес транспорта, сделать его более экономичным и повысить грузоподъемность, а высокая стойкость к коррозии существенно повышает срок эксплуатации автомобиля.

Также из сплавов могут изготавливать балки и рамы тяжелых грузовых машин.

Строительство

В гражданском или промышленном строительстве алюминиевые сплавы тоже активно используются. Их перспективность подтверждена мировой практикой и технико-экономическими расчетами. Применение алюминия позволяет уменьшить металлоемкость и повысить надежность и долговечность конструкции. Большинство современных зданий со стеклянными фасадами имеют «скелет» из данного материала.

Нефтехимическая промышленность

При разработке деталей, применяемых в оборудовании для разведки, добычи и переработки нефти, предъявляются строгие требования к материалу. Бурильное оборудование становится более легким и эффективным при использовании сплавов алюминия, что позволяет упростить его транспортировку и прохождение глубины.

Эти сплавы являются идеальными для изготовления емкостей для хранения нефти. Нефтегазопроводные, бурильные или насосно-компрессорные алюминиевые трубы также тут активно применяются. В частности, для этого используется сплав Д16.

Производство бытовых предметов

В быту не счесть вещей, которые делаются из этого металла. В частности, популярностью пользуются алюминиевые лестницы – они есть практически в каждом доме, гараже. Кухонная утварь, кронштейны для телевизоров – все эти элементы могут быть выполнены из алюминия, что уже говорить про более мелкие предметы.

Алюминиевые лестницы, кстати, уверенно вытеснили железные, так как последние очень тяжело переносить с места на место. Это еще раз демонстрирует преимущество этого металла. Перечислять изготавливаемые из него предметы быта можно очень долго.

Как производят алюминий | ФОТО НОВОСТИ

Алюминий присутствует в нашей жизни всего лишь около полутора веков, но и за этот короткий срок успел пройти путь от декоративного металла, любимца ювелиров, до материала, позволяющего нам передвигаться быстрее, жить в тепле и уюте, пользоваться всеми благам современности и познавать миры вокруг.

Алюминий — самый распространенный металл на Земле, его доля в земной коре составляет до 8,8%. Однако алюминиевых рудников в природе не существует. Благодаря своей химической активности алюминий практически не встречается в свободном виде — для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.

Сегодня мы увидим, как производят алюминий на одном из крупнейших алюминиевых заводов мира.

24 фото

Фотографии Вадима Махорова

История

Существует легенда, что однажды к римскому императору Тиберию (42 год до н. э. — 37 год н. э.) пришел ювелир с металлической, небьющейся обеденной тарелкой, изготовленной якобы из глинозема (Al2O3). Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. По всем признакам она должна быть алюминиевой. При этом ювелир утверждал, что только он и боги знают, как получить этот металл из глины. Тиберий, опасаясь, что металл из легкодоступной глины может обесценить золото и серебро, приказал на всякий случай отрубить ювелиру голову.

Лишь почти через 2 000 лет после Тиберия, в 1825 году, датский физик Ганс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Велер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей пленкой.

Дальше Анри Сент-Клер Девиль, исследования которого финансировал Наполеон III, придумал первый способ промышленного получения алюминия и получил первый слиток массой около 7 кг. Девиль начал производство алюминия на заводе братьев Тиссье в Руане. За сутки завод производил два килограмма алюминия. В 1857 году килограмм этого металла стоил 300 франков. В те годы комнату на месяц в Париже можно было снять за 20 франков.

Начало современному способу производства алюминия положил метод, изобретенный почти одновременно в 1886 году Чарльзом Холлом в США и Полем Эру во Франции. С тех пор, в связи с улучшением электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозема внесли русские учёные К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

Электролизеры, работающие по технологии экологического Содерберга:

Датой рождения алюминиевой промышленности России считается 14 мая 1932 года, когда на Волховском заводе в Ленинградской области была получена первая партия металла. Через год первую продукцию выпустил Днепровский алюминиевый завод на Украине.

С помощью вакуумного ковша забирают алюминий из электролизера:

На данный момент лидером мировой алюминиевой отрасли является РУСАЛ (Объединенная компания «Российский алюминий»). Продукция экспортируется клиентам в 70 странах мира. На долю компании приходится около 12.5% мирового рынка алюминия 3.9 млн. тонн алюминия в год. Объединенная компания присутствует в 17 странах мира на 5 континентах, в ней работают 100 000 человек.

Красноярский алюминиевый завод как раз и принадлежит РУСАЛу. КрАЗ — второй крупнейший производитель алюминия в мире. Производственная мощность КрАЗа — 1 млн. тонн алюминия в год (около 24% российского и 2.4% мирового производства алюминия).

Производство алюминия является исключительно энергоемким. Поэтому алюминиевые заводы преимущественно строят в регионах, где есть свободный доступ к мощным источникам электроэнергии. В нашем случае этим источником является Красноярская ГЭС, установленная мощность которой 6 000 МВт. Сегодня это самая мощная ГЭС в России (до тех пор, пока Саяно-Шушенская ГЭС находится на реконструкции). И Красноярский алюминиевый завод потребляет около 70% от общего объема производимой ГЭС электроэнергии.

Электролизная ванна, где производится алюминий:

Алюминий производят из глинозема, который в свою очередь извлекается преимущественно из бокситов (иногда из нефелиновых руд), запасы которых на Земле практически безграничны. На КрАЗе мы можем видеть только заключительный этап производства. Температура процесса достигает 955 градусов Цельсия, что значительно выше температуры плавления самого металла — 660 С.

Вакуумные ковши могут забрать за один раз от 3 до 5 тонн горячего металла:

Суточная производительность завода — 2 725 тонн.

На КрАЗе введен в работу единственный в России корпус для производства алюминия высокой чистоты:

Чистота сверхчистого металла — 99.996%. Он используется в производстве компьютерных жестких дисков, мобильных телефонов и другой электронной техники, а также в аэрокосмической и оборонной промышленностях. Основные поставки этого алюминия с КрАЗа идут в Азию, Японию, США.

Напряжение, подаваемое на электролизер (аппарат для электролиза) всего лишь 4.5 вольт, но сила тока огромная — 174 300 ампер:

Если в корпусах Содерберга получение алюминия происходит из глинозема, то в корпусе для производства алюминия высокой чистоты (АВЧ) исходным сырьем является более грязный алюминий. Проще говоря, технический алюминий проходит вторичную очистку, что делает его сверхчистым. Производительность одного электролизера АВЧ — 600 кг\сутки.

КрАЗ является единственным в мире заводом, где используется сразу три технологии производства алюминия — электролизеры Содерберга, АВЧ для производства алюминия высокой чистоты и электролизеры с обожженными анодами.

У каждого корпуса завода есть газоочистное оборудование, установленное в рамках первого этапа экологической модернизации:

Заявленная эффективность улавливания вредных веществ — 99.9%.

В производственный комплекс КрАЗа входит 3 литейных отделения. Ниже фотографии с литейного отделения №3, в котором помимо всего делают самые длинные алюминиевые слитки в мире:

Миксер на 100 тонн металла, в котором идет приготовление сплавов. Миксер по сути — это большая кастрюля, в которую помимо первичного металла добавляются необходимые ингредиенты — легирующие материалы. В результате получается высококачественный алюминиевый сплав:

Температура металла в миксере более 800 градусов:

Заливка металла в миксер:

Завод КрАЗ заточен на выпуск высокотехнологичной продукции. К примеру, завод сейчас развивает производство так называемых плоских слитков. Они широко востребованы рынком упаковочных материалов, нужны для производства кузовных панелей легковых автомобилей.

В литейном отделении предприятия работает уникальный литейный агрегат, который стал выпускать слитки двойной длины — до 11.5 метров. Изготовленные на нем сплавы теперь используются в производстве фольги. Причем, это слитки-рекордсмены. Такие длинные алюминиевые слитки не выпускал еще ни один завод мира:

В 2012 году завод предложил новую продукцию лидерам мирового автопрома. К примеру, японские концерны Тойота и Мицубиси заказали сплавы, чтобы повысить эксплуатационные свойства своих легковых автомобилей. Был предложен металл, обеспечивающий элементам двигателя и колесным дискам и прочность, и пластичность.

Так производят алюминий.

введение, свойства, производство и использование

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 сентября 2020 г.

Предположим, вам нужно создать идеальный материал — что бы это было нравиться? Возможно, вы захотите, чтобы его было много и относительно недорогой, прочный и легкий, легко сочетается с другими материалы, устойчивые к нагреванию и коррозии, а также хороший проводник электричества. Короче, ты бы, наверное, пришел с таким материалом, как алюминий (пишется алюминий в некоторых страны — и это также официальное написание ИЮПАК).

Это самый распространенный металл в земной коре, третий по величине металл в земной коре. много химического элемента на нашей планете (существуют только кислород и кремний в большем количестве), и второй по популярности металл для изготовления вещи (после железа / стали). Мы все видим и использовать алюминий каждый день, даже не задумываясь об этом. Одноразовые Из него делают банки для напитков и фольгу. Вы можете найти это призрачный серо-белый металл в некоторых довольно удивительных местах, от реактивных двигателей самолетов до корпусов высокотехнологичные боевые корабли.Что делает алюминий таким полезным материал? Рассмотрим подробнее!

Фото: Алюминий — удивительно стойкий к атмосферным воздействиям материал. В Федеральном здании и здании суда США, Уилинг, Западная Вирджиния, он показывает заметно в ярких окнах и других внутренних деталях. Фото Кэрол М. Хайсмит, любезно предоставлено фотографиями из архива Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

На что похож алюминий?

Алюминий мягкий, легкий, огнестойкий и термостойкий, легкий принимать новые формы и проводить электричество.Это отражает свет и тепло очень эффективно и не ржавеют. Легко реагирует с другими химическими элементами, особенно с кислородом, и легко образует внешний слой оксида алюминия, если оставить его на воздухе. Мы называем это физические и химические свойства алюминия вещей.

Фото: экспериментальный алюминиевый Ford Sable Автомобиль, выпущенный более 20 лет назад в 1995 году, был на 180 кг легче, чем аналогичный автомобиль со стальным кузовом и значительно более энергоэффективный. Сегодня, когда экономия топлива становится все более важной, полнотелые алюминиевые автомобили стали обычным явлением.Новый грузовик Ford F-150 с полностью алюминиевым кузовом на 39 процентов (320 кг или 700 фунтов) легче своего предшественника. по данным Алюминиевой ассоциации. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США (DOE).

Сплавы

Алюминий действительно проявляет себя, когда вы комбинируете его с другими металлы для производства алюминиевых сплавов (сплав — это металл, смешанный с другими элементами для создания нового материала с улучшенными свойствами — он может быть прочнее или плавиться при более высокой температуре).Некоторые из металлы, обычно используемые для изготовления алюминиевых сплавов, включают бор, медь литий, магний, марганец, кремний, олово и цинк. Вы смешиваете алюминий с одним или несколькими из них в зависимости от работы, которую вы пытаетесь выполнить.

Композиты

Алюминий можно комбинировать с другими материалами совершенно иначе. в композитах (гибридные материалы из двух или более материалов, сохраняющих их отдельная идентичность без химического объединения, смешивания или растворения). Так, например, алюминий может выступать в качестве «фонового материала» (матрицы) в так называемом композитном материале с металлической матрицей (MMC), армированном частицами карбида кремния, чтобы сделать прочный, жесткий и легкий материал, пригодный для самых разных в аэрокосмической, электронной и автомобильной промышленности — и (что очень важно) лучше, чем просто алюминий.

Для чего используется алюминий?

Диаграмма: Потребление алюминия в США. Транспортировка (самолеты, корабли, грузовики и автомобили) в настоящее время, безусловно, является наиболее частым применением металла и его сплавов. Источник: Геологическая служба США, Обзор минерального сырья: Алюминий. Январь 2020.

Чистый алюминий очень мягкий. Если вы хотите сделать что-то сильнее но все же легкий, износостойкий и способный выдержать высокие температуры в самолете или автомобильный двигатель, вы смешиваете алюминий и медь.Для пищевой упаковки ничего подобного не нужно прочность, но вам нужен материал, который легко формовать и герметизировать. Вы получаете эти качества путем легирования алюминия магнием. Предположим, вы хотите провести электричество на большие расстояния от источника питания. растения в дома и на фабрики. Вы можете использовать медь, которая вообще лучший проводник (переносчик) электричества, но он тяжелый и дорого. Алюминий может быть вариантом, но он не несет электричество так охотно. Одно из решений — сделать силовые кабели из алюминий, легированный бором, который проводит электричество почти так же хорошо, как медь, но в жаркие дни намного светлее и меньше обвисает.Обычно алюминий сплавы содержат 90–99 процентов алюминия.

Как производится алюминий?

Фото: Готово к переработке: эти раздавленные циновки из алюминиевых банок называют печеньем. Они готовы таять вниз и переработать. По данным Алюминиевой ассоциации, почти 70 процентов когда-либо добытого алюминия все еще используется сегодня благодаря эффективным программам утилизации. Переработать использованный алюминий намного дешевле и экологичнее, чем выкапывать бокситы из земли и обрабатывать его: переработка позволяет сэкономить около 95 процентов энергии, необходимой для производства нового алюминия.Фото любезно предоставлено ВВС США.

Алюминий настолько легко реагирует с кислородом, которого вы никогда не найдете в природе это в чистом виде. Вместо этого соединения алюминия существуют в огромных количествах. количества в земной коре в виде руды (необработанного скального материала), называемого бокситом. Это обычное название гидратированного оксида алюминия, вещества, обычно состоящего из двух третей оксид алюминия (химическая формула Al2O3) с одним третьи молекулы воды (h3O) заперт в кристалле структура. В зависимости от того, где на Земле его Было обнаружено, что бокситы также содержат ряд различных примесей, таких как оксид железа, оксид кремния и оксид титана.В настоящее время в мире имеется около 55–75 миллиардов тонн ресурсов бокситов — достаточно, чтобы удовлетворить спрос «далеко в будущее» (по данным Минеральной службы Геологической службы США Товарные обзоры, 2020).

Если вы хотите превратить боксит в алюминий для изготовления полезных вещей, например банки, фольга для готовки и космические ракеты, вы должны избавиться от примесей и воды и разделить атомы алюминия из атомов кислорода, за которые они закреплены. Итак, делая алюминий — процесс многоступенчатый.

Сначала боксит выкапывают из земли, раздавливают, сушат (если он содержит слишком много воды) и очистите его, чтобы остался только алюминий. окись.Затем вы используете электрическую технику, называемую электролиз разделите это на алюминий и кислород. (Электролиз противоположен что происходит внутри батареи. В аккумулятор, у вас есть два разных металлических соединения, вставленных в химическое соединение и замкните цепь между ними, чтобы произвести электричество. При электролизе вы пропускаете электричество через два металлических соединения, в химическое соединение, которое затем постепенно расщепляется на атомы.) чистый алюминий отливают в блоки, известные как слитки, которые можно обрабатываемые, формованные или используемые в качестве сырья для изготовления алюминиевых сплавов.

Изготовление годного к употреблению блестящего алюминия из каменных кусков боксита, который вы вырыли из земли — долгий, грязный, невероятно энергоемкий процесс. Вот почему алюминиевая промышленность так заинтересована об утилизации таких вещей, как использованные банки для напитков. Их гораздо быстрее, дешевле и проще переплавить и использовать повторно. чем переработка бокситов. Это также намного лучше для среда потому что это экономит огромное количество энергии.

Диаграмма: Почему переработка алюминия имеет смысл.Количество энергии, необходимое для переработки металл для повторного использования (оранжевые полосы) — это часть того, что требуется для производства первичного металла (синие полосы), но разница намного больше для алюминия (в центре), чем для стали (слева) или меди (справа) потому что алюминий очень сложно извлекать и очищать. Источник данных: «Таблица 7.11 воплощенная энергия выбранных материалов» в журнале «Энергия и выбросы углерода» Никола Терри, UIT Кембридж, 2011 г., на основе данных из реестра углерода и энергии (ICE). Исследовательской группой по устойчивой энергетике Университета Бата.

Краткая история алюминия

Фото: Строительство алюминиевой лодки. Эта высокоскоростная алюминиевая лодка, известная как Littoral Surface Craft-Experimental (LSC-X) или X-Craft, показан здесь во время строительства во Фриленде, штат Вашингтон. Фото Джесси Прайно любезно предоставлено ВМС США.

Кто открыл алюминий, как и когда? Вот как это произошло …

• 1746: немецкий химик Андреас Маргграф (1709–1782) понимает, что квасцы (природное соединение алюминия, используемое для окрашивания тканей с древних времен) содержит неизвестный металл.Это алюминий, конечно, но он этого не знает.
• 1809: английский химик сэр Хэмфри Дэви (1778–1829) называет этот металл. «алюминий» и (позже) «алюминий», но не может его отделить.
• 1825: датский химик и пионер электрики Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851) поворачивается оксид алюминия в хлорид алюминия, а затем использует калий для превращения хлорид в чистый алюминий. К сожалению, он не может повторить трюк второй раз!
• 1827: немецкий химик Фридрих Вёлер (1800–1882) также делает небольшой количество алюминия при нагревании оксид алюминия с металлическим калием.
• 1855: французский химик Анри Сент-Клер Девиль (1818–1881) использует натрий для выделения алюминий. Поскольку натрий дешевле и легче получить, чем калий, Девиль может производить больше алюминия — достаточно, чтобы сделать слиток. Он ставит это экспонируется на публичной выставке в Париже, Франция. Новый девиль метод означает, что алюминий становится более доступным, и цена начинает падать.
• 1886: Работая независимо, американская команда Чарльза Мартина Холла (1863–1914) и его сестры. Джулия Брейнерд Холл (1859–1925) и француз Поль-Луи-Туссен Эру (1863–1914) открыли современный метод расщепления оксида алюминия электролиз для получения чистого алюминия.Их высокоэффективная техника, известный как Процесс Холла-Эру до сих пор используется для производства большинства алюминия в мире сегодня.
• 1888: австрийский химик Карл Байер (1847–1904) находит менее дорогой способ превращения бокситов в оксид алюминия — сырье, необходимое для производства Hall-Héroult процесс. Вместе Bayer и Hall-Héroult решают снизить цену на алюминий, что позволит использовать металл в гораздо большей количества.
• 1893: Студебеккер запускает алюминиевый фургон для колумбийской выставки в Чикаго.
• 1899: Спортивный автомобиль Dürkopp с алюминиевым кузовом представлен на Берлинском международном автосалоне. Несколько лет спустя Компания Pierce Arrow Motor Car производит автомобили с литыми алюминиевыми кузовами.
• 1901: Пионер автомобильной промышленности Карл Бенц выпускает первый автомобильный двигатель из алюминия.
• Начало 1900-х: Первые программы переработки алюминия.
• 1913: Впервые произведена алюминиевая фольга.
• 1920-е годы: начинают появляться современные алюминиевые сплавы.
• 1925: Американское химическое общество официально меняет название с «алюминий» в «алюминий» в США.
• 1946: Алюминий используется в кузове легких серийных Панхард Дина X.
• 1957: Представлены первые алюминиевые линии электропередачи.
• 1959: Coors производит первую полностью алюминиевую банку для напитков.
• 1975: Даниэль Кадзик изобретает фиксирующуюся петлю для банок с напитками.
• 1990: Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально принимает «алюминий». как его написание.
• 1994: Audi A8 устанавливает новые стандарты в производстве легких автомобилей благодаря алюминиевому каркасу кузова, который весит всего 249 кг (почти половина вес сопоставимого стального корпуса).
• 2015: Ford запускает полностью алюминиевую версию своего чрезвычайно популярного грузовика F-150.

Узнать больше

На этом сайте

Возможно, вам понравятся эти статьи на нашем сайте

Другие сайты

Книги

Для читателей постарше

• Экологическая химия алюминия Гаррисон Спозито. CRC Press, 2020. Подробный обзор того, как алюминий ведет себя в естественной среде, например, в почве и воде.
• Алюминий: свойства и физическое металловедение, Джон Э. Хэтч. Американское общество металлов, 1984. Классическое руководство по физической природе алюминия и его различным применениям.
• Справочник по алюминию Под редакцией Джорджа Э. Тоттена и Д. Скотта Маккензи. М. Деккер, 2003. Два тома, посвященные свойствам, металлургии, производству сплавов и производству.

Для младших читателей

• Алюминий от Хизер Хасан. Rosen, 2007. Простые 48 страниц, посвященные истории алюминия, физическим и химическим свойствам, соединениям, производству и использованию.
• Элементы: Алюминий Джона Фарндона. Benchmark Books (Маршалл Кавендиш), 2001. Простой, надежный, 48-страничный обзор для читателей от 9 до 12 лет.

Статьи

• Тайная жизнь алюминиевой банки — инженерный подвиг Джонатана Уолдмана. Проводной. 9 марта 2015 г. Изготовление банок для напитков — увлекательная задача в химии, биологии и инженерии.
• Сталелитейная промышленность испытывает стресс, когда автопроизводители переходят на алюминий от Jaclyn Trop. Нью-Йорк Таймс.24 февраля 2014 г. Несмотря на преимущество в цене, сталь ощущает давление со стороны алюминия, поскольку автопроизводители пытаются создавать более легкие и экономичные автомобили.
• Что касается автомобилей, то алюминий — это металл будущего от Тюдора Ван Хэмптона. Нью-Йорк Таймс. 16 февраля 2014 г. Почему алюминий вернулся в моду — и краткий обзор, когда он впервые был использован на транспорте.
• Зеленый ряд над исландским алюминием от Ника Хайэма. BBC News, 1 ноября 2009 г. Двухминутный видеоролик о том, почему экологи недовольны энергоемким плавлением алюминия в Исландии.
• Сьюзан Демут. Guardian, 29 ноября 2003 г. Статья, в которой описывается противодействие развитию Каранджукарской гидроэлектростанции.
• Бьорк презирает «безумный» план исландского плавильного завода Алекса Кирби. BBC News, 2 января 2003 г. Первая статья, в которой описывается противодействие развитию Каранджукарской гидроэлектростанции.
• Антиквариат: металл масс, ценимый сейчас Венди Мунан. The New York Times, 1 марта 2002 г. Увлекательное введение в использование алюминия в ювелирных изделиях, произведениях искусства и антиквариате.

.

Алюминий: Руководство Commodity.com — Commodity.com

Раскрытие информации: Ваша поддержка помогает поддерживать работу Commodity.com! Мы зарабатываем реферальный сбор за некоторых брокеров и услуг, перечисленных на этой странице. Учить больше…

Кто открыл алюминий?

Алюминий — самый распространенный элемент, содержащийся в земной коре, но он никогда не встречается в естественной металлической форме. Скорее, алюминий представляет собой соединение других элементов.

В начале 19 века датский химик Ганс Кристиан Эрстед впервые извлек крошечные количества металла из руды. Сложность этого процесса заставила многих поверить в то, что алюминий встречается реже золота.

Однако в конце 19 века научные открытия привели к очень эффективным и экономичным способам извлечения металла. Сегодня алюминиевые сплавы широко распространены и используются в различных промышленных и потребительских товарах.

Готовы торговать алюминием? Прочтите наше руководство здесь.

Как производится алюминий?

Алюминий производится двумя способами: первичным и вторичным.

Первичное производство

Производство алюминия начинается с добычи боксита — руды, обнаруженной в верхнем слое почвы во многих тропических и субтропических регионах мира. Затем химики производят химическое соединение оксида алюминия, также известное как оксид алюминия, из боксита , используя метод, известный как процесс Байера.

Каждые два фунта боксита дают один фунт глинозема. Производители алюминия выплавляют оксид алюминия и превращают его в чистый металлический алюминий с помощью процесса, известного как Холл-Эру. Каждые два фунта оксида алюминия дают один фунт алюминия.

Вторичное производство

Вторичное производство алюминия включает переработку алюминиевого лома в новый алюминий. Этот процесс потребляет меньше энергии, чем первичное производство, и является более экологически чистым.

Производители извлекают алюминий из потоков отходов и готовятся к переработке. Производители алюминия сортируют лом по химическим свойствам. Лом одного химического состава имеет большую ценность, чем лом, содержащий несколько сплавов.

После сортировки переработчики алюминия помещают лом в плавильные печи и превращают его в расплавленный алюминий. Расплавленный алюминий можно отливать в два типа больших слябов — слитки и заготовки. Из слитков можно производить листовой алюминий, а из заготовок можно придавать различные формы.

Алюминиевые листы и слитки. ScienceImage

Где можно торговать алюминием?

Заинтересованы в торговле такими товарами, как алюминий? Начните свое исследование с обзоров этих регулируемых брокеров, доступных в.

Загрузка таблицы …

CFD — это сложные инструменты, которые сопряжены с высоким риском быстрой потери денег из-за кредитного плеча. От 73,0% до 89,0% счетов частных инвесторов теряют деньги при торговле CFD. Вам следует подумать, понимаете ли вы, как работают CFD, и можете ли вы позволить себе рискнуть потерять свой mo

.

Основное производство | The Aluminium Association

Quick Read

Первичное производство — это процесс плавления глинозема до чистого металлического алюминия. Процесс Холла-Эру, одновременно открытый в 1886 году американцем Чарльзом Мартином Холлом и французом Полем Эру, продолжает оставаться основным промышленным процессом, с помощью которого производится первичный алюминий. В 1888 году Мартин основал первый крупный завод по производству алюминия в Питтсбурге. Питтсбургская Редукционная Компания позже стала Алюминиевой Компанией Америки, затем Алкоа.

Основные факты

• Алюминий не встречается в чистом виде.
  Чистые формы металла должны сначала быть химически очищены до глинозема, а затем переплавлены в алюминий с помощью процесса электролитического восстановления Холла – Эру.
• Коэффициенты восстановления бокситов до алюминия
  На каждые 4 фунта боксита можно произвести 2 фунта глинозема. Из каждых 2 фунтов глинозема производится 1 фунт алюминия.
• Тенденции в области энергосбережения
  На тонну произведенного алюминия потребление электроэнергии сократилось на 50 процентов по сравнению с уровнями, необходимыми 50 лет назад.Потребности в электроэнергии снизились примерно на 10 процентов за последние 20 лет.
• Почему алюминий не ржавеет
  Алюминий реагирует с кислородом воздуха. Образуется тонкий слой оксида алюминия (толщиной 4 нанометра). Этот слой оксида алюминия защищает металл от дальнейшего окисления, тем самым обеспечивая коррозионную стойкость алюминия.

Первичное производство алюминия

Как производится алюминий

Первичное производство — это процесс изготовления нового алюминия (в отличие от вторичного производства, при котором существующий алюминий перерабатывается в чистый металл).Алюминий происходит из бокситов, руды, обычно обнаруживаемой в верхнем слое почвы в различных тропических и субтропических регионах. После добычи алюминий в бокситовой руде химически извлекается в глинозем, соединение оксида алюминия, посредством процесса Байера. На втором этапе глинозем плавится в чистый металлический алюминий с помощью процесса Холла – Эру.

Процесс Холла – Эру: как производится первичный алюминий

В процессе Холла – Эру глинозем растворяют в ванне расплавленного криолита внутри стального резервуара с углеродистой футеровкой.Углеродные аноды вставляются в верхнюю часть ванны, и электрический ток проходит через аноды и ванну. Атомы кислорода отделяются от оксида алюминия и соединяются с углеродным анодом, оставляя оставшийся расплавленный алюминий на дне емкости. Расплавленный алюминий периодически откачивают и помещают в раздаточную печь. Из раздаточной печи расплавленный алюминий выливается в слиток.

История процесса Холла – Эру

Чарльз Мартин Холл, 20-летний студент первого курса Оберлин-колледжа (Огайо), начал исследования по производству алюминия в 1880 году.Усилия Холла были сосредоточены на методах использования электрического тока для извлечения чистого алюминия из оксида алюминия (оксидного соединения, содержащего алюминий и кислород). Одной из первых задач Холла было определить правильную жидкость, в которой следует растворить оксид алюминия. Использование воды не дало положительных результатов; пропускание электричества через водный раствор приводило к распаду воды на водород и кислород. Экспериментальный подход Холла заключался в растворении глинозема в другом минерале, криолите. 23 февраля 1886 года Холл добился своего первого успеха.После пропускания тока через его оборудование в осадок выпало небольшое количество алюминия. Процесс Холла – Эру был изобретен независимо и почти одновременно в 1886 году французским химиком Полем Эру. В 1888 году Холл открыл первый крупный завод по производству алюминия в Питтсбурге. Питтсбургская Редукционная Компания позже стала Алюминиевой Компанией Америки, затем Алкоа.

Роль электроэнергии в первичном производстве

Переработка алюминия стала экономически выгодной, когда было произведено крупномасштабное производство электроэнергии.Сегодня электроэнергия составляет от 20 до 40 процентов затрат на производство алюминия. В среднем по стране производство алюминия потребляет примерно 5 процентов электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах. Хотя за более чем 110-летнюю историю обработки алюминия был достигнут постоянный прогресс в сокращении количества потребляемой электроэнергии, в настоящее время нет реальных альтернатив процессу Холла – Эру.

В ожидании: повышение энергоэффективности

Алюминиевая промышленность сосредоточена на улучшении энергосбережения при первичном производстве алюминия.За последние два десятилетия энергоэффективность производственного процесса Холла – Эру повысилась на 20 процентов.

Устойчивая энергия в первичном производстве

Из-за географического расположения большинства плавильных предприятий в Северной Америке около 70 процентов электроэнергии, потребляемой на плавильных предприятиях, поступает из гидроэнергетических источников. Этот возобновляемый источник энергии значительно способствует достижению целей в области экологической эффективности, установленных отраслью.

.