Лекция 8. Производство алюминия

Алюминий и его сплавы применяются в авиации, наземном транспорте, пищевой промышленности. По общему производству алюминий занимает второе место в мире после железа.

Электролитический метод получения алюминия

В настоящее время электролитический метод – это основной метод получения алюминия. При получении алюминия электролиз ведут не из раствора, а из расплава, так как алюминий находится в ряду активности значительно раньше водорода, следовательно при электролизе растворов солей алюминия на катоде будет восстанавливаться не алюминий, а водород.

Сырьем для производства алюминия служат алюминиевые руды, плавиковый шпат, известняк и сода.

Алюминиевые руды: бокситы, апатиты, нефелины, каолины. Наиболее часто используются бокситы. Они содержат более 40 химических элементов, основные компоненты бокситов:

Al₂O₃ – 28-70 %, SiO₂ – 0,5-20%, Fe₂O₃ – 2-50%, TiO₂ – 0,01-10%.

б) плавиковый шпат (СаF₂). В чистом виде в природе он не встречается, обычно он загрязнен кремнеземом, оксидами железа и алюминия.

Плавиковый шпат обогащают промывкой или флотацией. После обогащения содержание СаF₂ достигает 95 %.

Производство алюминия складывается из трех основных этапов:

1. производство глинозема

2. получение криолита

3. получение из него металлического алюминия

Производство глинозема

Существуют различные методы получения глинозема:

- химико-термические методы

- кислотные методы

- щелочные методы

Щелочные методы наиболее распространены. К ним относится метод Байера. Это один из лучших методов, но пригоден для переработки только высокосортных бокситов с содержанием кремнезема не более 3 %.

Основные операции:

Подготовка боксита

Бокситы дробят и измельчают в мельницах, куда кроме бокситов подают щелочь и оборотный раствор. Полученную сырую пульпу направляют на выщелачивание.

Выщелачивание

Его осуществляют в автоклавах при температуре 105-240 ⁰С и давлении до 3,5 МПа. Для подогрева используют острый пар. В процессе выщелачивания идут следующие реакции:

Al₂O₃ •3H₂O + 2NaOH à Na₂O •Al₂O₃ + 4H₂O

Al₂O₃ •H₂O + 2NaOH à Na₂O •Al₂O₃ + 2H₂O

SiO₂ + NaOH à Na₂O •SiO₂ + H₂O

Na₂O •Al₂O₃ + 2(Na₂O •SiO₂) + 4H₂O à Na₂O •Al₂O₃ •2SiO₂•2H₂O↓

+ 4NaOH

При высоком содержании кремния теряется большое количество алюминия и щелочи. В процессе выщелачивания в раствор переходят соединения алюминия, а в осадке остаются соединения железа, титана а также соединения кремния.