Производство алюминия

Сырьем для производства алюминия являются алюминиевые минералы. К ним относятся бокситы, каолины, нефелины и некоторые сорта глин. Основным видом сырья являются бокситы. Боксит представляет собой сложный минерал, основу которого составляет свободный гидрат окиси алюминия. Кроме этого компонента в боксит входит еще более 40 различных элементов.

Производство металлического алюминия слагается из двух основных процессов — получения окиси алюминия из руды (глинозема) и получения металла из окиси методом электролиза.

Получение металлического алюминия из глинозема. Основным методом получения металлического алюминия из глинозема явля­ется электролиз расплава, представляющего собой раствор окиси алюминия в криолите (Na₃AlР₆).

Рис. 3.7. Принципиальная схема электролизера для получения алюминия:

1 – железный кожух; 2 – теплоизоляционная футеровка; 3 – угольная

набойка; 4 – электролит; 5 – анодные шины; 6 – расплавленный металл;

7 – угольные электроды; 8 – криолит; 9 – катодные шины.

Процесс электролиза в электролизерах (рис. 3.7.) протекает при температуре 950–1000° С. Выделяющийся на катоде алюминий накапливается на дне ванны. Напряжение в электролизерах 4–6 В. Сила тока в современных электролизерах достигает 80–160 кА. Образующийся алюминий накапливается на подине электролизера, откуда он периодически выпускается через летку (через 2–3 дня). Полученный таким методом металл содержит 99,5–99,7% А1. Такой металл называется первичным. Для получения более чистого металла, который применяется в ряде областей, первичный алюминий подвергают рафинированию.

При правильном процессе проведения электролиза расход ма­териалов на 1 т первичного алюминия составляет: около 2 т глинозема; 0,6 т угольных электродов; 0,1 т криолита и до 18000–19000 кВт∙ч электроэнергии.

Рафинирование первичного алюминия. В ряде областей техники необходимо применение алюминия высокой степени чистоты. В ка­честве примера можно назвать изготовление химической аппарату­ры, электролитических конденсаторов; нанесение покрытий на по­верхности, отражающие свет; изготовление архитектурных деталей, требующих высокой коррозионной устойчивости и т.д. Для таких областей требуется металл с содержанием Аl свыше 99,99%. Такой металл получают электролитическим рафинированием.

Сущность этого метода заключается в анодном растворении технического сплава алюминия, при котором анодом служит тех­нический сплав. В качестве электролита применяется расплав, сос­тоящий из хлористых и фтористых солей бария, алюминия и нат­рия. Чистый алюминий при этом выделяется на катоде и всплывает на поверхность электролита.