Современное алюминиевое производство. Алюминиевое производство
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.
fb.ru
Производство алюминия: victorborisov
Общая информацияАлюминий — 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 алюминияСущность 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 черезрасплав 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 кремнияПроизводство стеклопластиковых трубЛокомотивосборочный 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]
victorborisov.livejournal.com
Список алюминиевых заводов и производств в России
В списке алюминиевых заводов России на сегодняшний день представлено тринадцать крупных предприятий, некоторые из которых, по экономическим соображениям, прекратили выпуск первичного алюминия и на сегодняшний момент либо полностью прекратили деятельность, либо занимаются сопутствующими производствами, например производством глинозема.
Краснотуринск (Свердловская область)
Таёжный (Красноярский край)
Братск (Иркутская область)
Волгоград (Волгоградская область)
Волхов (Ленинградская область)
Шелехов (Иркутская область)
Кандалакша (Мурманская область)
Красноярск (Красноярский край)
Надвоицы (Республика Карелия)
Новокузнецк (Кемеровская область)
Саяногорск (Республика Хакасия)
Каменск-Уральский (Свердловская область)
Саяногорск (Республика Хакасия)
46 000
588 000
1 006 000
168 000
24 000
529 000
76 000
1 008 000
81 000
322 000
524 000
75 000
297 000
*Жирным выделены алюминиевые заводы России на сегодняшний день продолжающие выпуск первичного алюминия.
История строительства первых алюминиевых заводов в России.
Первый алюминиевый завод в России был построен и введен в эксплуатацию во время первой пятилетки СССР в 1932 году в городе Волхов. Энергия для электролиза алюминия на предприятие поставлялось с Волховской ГЭС. Бокситы добывались недалеко от площадки алюминиевого завода, рядом с городом Бокситогорском. В начале Великой отечественной войны из угрозы захвата завода и высокой потребности авиационной отрасли в алюминие - Волховский алюминиевый завод был эвакуирован в тыл страны. На базе его мощностей начато строительство Богословского алюминиевого завода и Уральского алюминиевого завода. Так же во время войны был введен в эксплуатацию Новокузнецкий алюминиевый завод. Так же в ближайшие несколько лет список алюминиевых заводов пополнится строящимся Тайшетским Алюминиевым заводом.
Список алюминиевых заводов на карте РОССИИ
a1um.ru
Алюминиевое производство ( Как производится алюминий в России )
Опубликовано Jul 05, 2016
Что такое алюминий?
Нынешний век по аналогии с каменным и бронзовым смело можно назвать алюминиевым. Еще сто с небольшим лет тому назад этот металл был драгоценным и шел исключительно на предметы роскоши. Сегодня же его используют в производстве всего подряд, а есть вещи которые без этого металла и вовсе нельзя было бы создать.Алюминий самый распространенный металл на Земле. Он составляет 9% объема земной коры и входит в состав 250 минералов. Вы удивитесь но и Рубин и Сапфир это тоже алюминий в соединении с кислородом. Несмотря на такую распространенность быстро и легко получить металл можно лишь из нескольких минералов. Крупные месторождения алюминиевых руд распределены крайне неравномерно ,кроме того полученное руда нуждается в глубокой переработке. Нередко путь сырья от месторождения до алюминиевого завода растягивается на 1000 километров.Республика Хакасия здесь в верховьях Енисея у самого подножия Саян расположился один из центров российской алюминиевой промышленности город Саяногорск. Своим статусом город обязан сразу трем алюминиевым заводом. За год они производят около 840 тыс.тонн легкого металла перерабатывая более полутора миллионов тонн исходного сырья глинозема, который ничего общего не имеет внешне не c глиной не с землей, тем не менее этот минерал входит в состав любой глины. Его химическая формула Al2O3 Это значит что на два атома алюминия приходится три атома кислорода, и эти атомные связи внутри настолько сильные, что у этого порошка совершенно нету металлических свойств, несмотря на то, что половина его объема это чистый алюминий.
Получение алюминия из глинозема на заводе
Прибывший на завод глинозем засыпается в силосные башни, которые лучше всего подходят для хранения сыпучих материалов.Одной пригоршни сырья хватит, что бы сделать несколько алюминиевых ложек или пару корпусов для модного телефона, но только сначала из глинозема придется выделить чистый алюминий, а для этого понадобится очень много энергии.Около треть себе стоимости алюминия составляет затраты на электроэнергию, и именно по этому алюминиевые заводы лучше строить там, где много дешевого электричества. Например там где есть гидроэлектростанция, например Сояросушинская, между прочем самая большая гидроэлектростанция в России.
Проектная мощность этой электростанции 6 тыс.мегаватт в 1 час это в 1.5 раза больше, чем дает Калининская атомная станция питающая электричеством Москву. Главным потребителем ГС, является Саяногорский алюминиевый комплекс,пожирающий за 1 год 11 млн. мегаватт электроэнергии.Ваты,киловатты,мегавольты это все хорошо для тех кто разбирается в электричестве, а вот чтобы обычный человек понял какая нужна сила тока для выплавления алюминия, стоит представить, что на алюминиевом заводе электричество передают не по проводам, а по трубам. Внутренняя электросеть действительно напоминает трубопровод, из за внушительной толщины электропроводки. Из-за огромной мощности тока обычные провода перегрелись бы или расплавились. Самые мощные электролинии в сечении в пол метра идут от трансформаторных станций к цехам электролиза. Магнитное поле здесь настолько сильное, что способна удерживать железный ключ от квартиры в вертикальном положении, именно по этому сюда нельзя ходить с механическими часами, потому что они испортится и с банковскими картами магнитными, потому что можно остаться без зарплаты.
Мощные магнитные поля возникают вокруг проводников, они действуют так же, как и магнитное поле Земли, которое отклоняет легкую стрелку компаса. Только здесь напряженность значительно выше естественного фона, и любой металлический предмет стремиться встать вдоль невидимых магнитных линий.Электрическая проводка сделана из листов алюминия, который не магнитит, однако железные болты с помощью которых она крепится превратились в электромагниты, причем весьма мощными. За сутки электролизер производит чуть больше 2 тонн алюминия. Казалось бы не много, но только на заводе в одном цеху таких установок 168.Внутрь электролизеров глинозем поступает автоматически порциями по 2 кг. Внутри этих установок находится жидкий электролит, разогретый до 950 градусов, в таком расплаве глинозем растворяется, но что бы он превратился в металл, через него нужно пропустить очень мощный электрический ток, именно по этому алюминиевое производство и считается самым энергозатратным. Руду не достаточно просто переплавить в печи, нужно разорвать внутри атомные связи алюминия с кислородом, на что уходит основная энергия. Ток внутрь подводят с помощью электродов, которые делают из прессованного, обожженного угля. Всего их 32 и последованная замена позволяет не останавливать процесс.
Что такое электролизер?
Электролизер это большая ванна, но которая выложена огнеупорным кирпичом, когда в нее опускается электроды возникает цепь, и электрический ток проходит через расплав от положительного анода к отрицательному дну ванны. Под воздействием тока устойчивые соединения распадаются, и из расплавленного глинозема начинает оседать чистый алюминий. Всеми сложными операциями в электролизном цеху занимаются огромные мостовые комбайны, у которых как в швейцарском ноже, есть инструмент на любой вкус. В процессе электролиза опущенные аноды постепенно сгорают, и их приходится регулярно заменять на новые.
Превращение глинозема в алюминий занимает около суток. Алюминий получается не много тяжелее шлака, плавающего на поверхности, и когда в электролизе набирается 3 тонны металла его сливают. Процесс напоминает питье через соломинку, обод вакуумного ковша опускается на дно ванны электролизера, что бы засосать металл из ковша откачивают воздух, и перепад давления заставляет алюминий заливаться внутрь.
Вот теперь в этом ковше то, что не смогла создать сама природа. Чистый алюминий в виде металла, а не в составе сложных минералов, смог появится на свет благодаря стараниям человека. Дальше из этого металла будут сделаны машины и самолеты, а может и просто упаковочная фольга. Но отдавать его заказчику сейчас еще рано, металл нужно довести до кондиции, а там как это происходит, а так же как выглядит конечная продукция алюминиевого завода читайте здесь.
goramet.ru
Первичный алюминий - технология производства, заводы
Процесс получения
Практически весь современный алюминий получается при помощи процесса Холла-Эру, независимо друг от друга разработанным двумя разными людьми - Чарльзом Холлом и Полем Эру в 1886 году. Оксид алюминия растворяется в предварительно расплавленном гексафтороалюминате натрия и, с помощью электролиза, чистый алюминий накапливается на анодной массе, изготовленной из графита, или расходуемых коксовых электродов. Для электролиза первичного алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому все производства алюминия сосредотачиваются рядом с источниками недорогой энергии - гидроэлектростанциями ГЭС. Например в России Иркутский Алюминиевый завод (ИркАЗ) находится в непосредственной близости от Иркутской ГЭС. Красноярский Алюминиевый завод потребляет энергию Красноярской ГЭС, самая крупнейшая Братская ГЭС работает на БрАЗ. Посмотреть полный список алюминиевых заводов России Вы можете по ссылке.
Чтобы произвести одну тонну алюминия технической чистоты требуется две тонны глинозема (алюминиевой руды), порядка 70 кг криолита (гексафтороалюмината натрия), 39 кг фторида алюминия и 580 кг электродов (анодов). Затраты электроэнергии для производства 1000 кг первичного алюминия составляют примерно 16000 кВт/ч.
Алюминий в природе
В природе алюминий находится в следующих геологических формах:
- Александрит
- Изумруд
- Аквамарин
- Полевой шпат
- Рубин (сапфир, корунд)
- Алуниты
- Нефелины
- Бокситы
- Глиноземы (смесь магнезита, известняка, каолина с кремниевый песком)
- Самородный алюминий находят в крайне редких аномальных зонах на Земле, в жерлах вулканов.
Так же незначительное количество алюминия в виде растворенных соединений содержится в пресной (от 0,001 до 12 мг/л) и в морской воде (~0,01 мг/л).
История производства алюминия
Первая официально подтвержденная информация о получении чистого алюминия датируется 1825 годом, когда датский алхимик Ганс Эрстед смог выделить несколько миллиграммов чистого алюминия. Два года спустя, в 1827 году получил несколько маленьких крупинок первичного алюминия, нагреванием хлористого алюминия с калием. Это были незначительные объемы металла и себестоимость превышала стоимость золота на тот момент.
Первый промышленный способ алюминия технической чистоты был разработан французом Сент-Клер Девилем, финансированием которого занимался сам Наполеон. Промышленное получение алюминия сводилось на замещении алюминия натрием из хлорида натрия и алюминия. За полвека использования этого метода было получено порядка 200 тонн чистого металла. И он же получил первый алюминий методом медленного электролиза расплава хлорида натрия алюминия.
Первый завод по производству чистого алюминия был построен в 1885 году в Германии. Завод работал по упрощенной технологии Девиля алюминий выделялся путем взаимодействия магния и криолита. За пять лет работы алюминиевый завод произвел 60 тонн первичного алюминия.
В 1886 году одновременно в двух разных концах света - во Франции и США был разработан способ получения первичного алюминия методом электролиза. В то время многое уперлось в дефицит электроэнергии и недостаточно развитые технологии в области электротехники. С появлением этого способа рыночные цены на алюминий упали в десятки раз, что позволило применять алюминий гораздо шире.
Первым В России был построен Волховский Алюминиевый завод. Сейчас это предприятие производящее алюминий особой чистоты 99,999. Пуск производства состоялся в 1932 году. А уже к 1939 году Алюминиевая промышленность СССР произвела 50 тысяч тонн алюминия, перейдя на полное обеспечения внутренних потребностей промышленности на тот момент.
Активно стимулировала рост Алюминиевой промышленности Вторая мировая война. В довоенное время во всем мире производилось 620 тонн в год, а уже во время войны, в 1943 году достигало 2 млн. тонн. Это было обусловлено большим потреблением металла в авиации и другой военной технике. Так же во время второй мировой войны активно использовался алюминиевый порох.
Вы можете прочитать более подробно про историю промышленного производства на сайте.
Алюминиевая промышленность
Алюминиевая промышленность состоит из различных этапов и направлений:
1. Поиск, разработка и добыча алюминиевой руды, как правило бокситов;
2. Обогащение окиси алюминия. Производство глинозема;
3. Производство анодной массы;
4. Производство необходимых химических компонентов для электролиза;
5. Непосредственно процесс электролиза алюминия;
6. Выплавка металлического алюминия в слитки, повторный электролиз для получения алюминия высокой и особой чистоты;
7. Производство алюминиевых полуфабрикатов.
Алюминий - это легкий металл серебристо-белого цвета, самый распространенный по содержанию в земной коре и третий элемент периодической системы Менделеева по распространенности после кислорода и кремния. В природе этот металл почти всегда встречается в виде прочного соединения с кислородом: оксида алюминия.
Производство первичного алюминия
Получение первичного алюминия (чистого металла) является более трудоемким и сложным, нежели с другими металлами, так как его руды обладают очень высокой температурой плавления (нифелины, корунд, бокситы и другие). Замещение в соединении с углеродом так же не применяется, так как коэффициент восстановления алюминия выше, нежели чем у углерода. Сейчас активно разрабатывается способ промежуточного замещения с разложением при температуре 2000 градусов, но это пока что будущая технология, не применяемая в реальном производстве первичного алюминия.
a1um.ru
Современное алюминиевое производство: russos
Это промышленное предприятие стоимостью $900 млн представляет собой крупнейшее в Казахстане частное капиталовложение в металлургию и горнодобывающую промышленность. Производит первичный аллюминий — алюминиевые чушки технологической чистоты, весом 20 кг, увязанные в пакеты весом 1080±100 кг.
Под катом вы найдете очень краткое описание производства. Кто хочет читать в мельчайших подробностях прошу к Вите.
Сначала немного истории:В 1854 году французским учёным Анри Этьеном Сент-Клер Девилем, был открыт способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия. За 36 лет его применения, с 1855 по 1890 гг., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия.
В 1856 году на заводе братьев Тисье в Руане Девилль организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия. При этом стоимость 1 кг алюминия сначала равнялась 300 франкам. Через несколько лет удалось снизить продажную цену до 200 франков за 1 кг, но все равно она оставалась исключительно высокой. Алюминий в это время употребляли почти как драгоценный металл для производства различных изделий.
Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия в расплаве криолита с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.
Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока.
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.
1. Для подвода тока к электролиту применяют угольный электрод.2. Для подвода тока к электроду применяют стальной проводник (ниппель).
3. Электроды изготовляются в анодном цехе.
4.
5.
6. На заводе стоит китайское оборудование.
7. Электролизный цех.
8. 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.
9. Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Рабочее напряжение на ванне 4-5 В. Рядом с электролизерами присутствует сильное электромагнитное поле.
10. Космическая установка на мостовом кране для всех манипуляций с электролизерами.
11. Ванны электролизеров до горизонта.
12. За моей спиной ещё столько же, а рядом такой же соседний цех. Есть задел под строительство ещё цехов.
13. Мегаустановка.
14. Выгрузка чего-то.
15. Установка новых электродов.
16. Использованные электроды.
17. Специальная машина транспорта анодных паллет. Применяются для транспортировки свежих анодов и анодных огарков между анодо-монтажным отделением (АМО) и корпусом электролиза.
18.
19. Литейных цех.
20. Основное оборудование этого отделения — отражательные печи (миксеры) с электрическим обогревом.
21. «Чайник» с алюминием.
22. После выдерживания жидкого алюминия в печи в течении 30-45 минут при температуре около 700 градусов происходит разливка алюминия.
23. Даешь металл!
24. Разливочная машина конвейерного типа.
25. Готовая продукция упаковывается в паллеты по 1000 кг и отправляется на склад. Стоимость одной палетты примерно 2600 $
26. А использованные электроды возвращаются в анодный цех.
27. Стальной проводник освобождается от остатков электрода и снова идет в дело.
Это вы посмотрели краткую фотоэкскурсию на современный алюминиевый завод. А вот тут вы можете посмотреть на фотографии Волгоградского алюминиевого завода, который работает с 1959 года по старой технологии. Если в Казахстане угольные электроды вставляются сверху печи, то тут порошок засыпается сбоку.
Казахстан:Небольшой сталелитейный завод.Производство керамического кирпича.Медео и Чимбулак.Васильковский ГОК.Производство металлического кремнияСамый большой в мире угольный разрез — «Богатырь» и роторный экскаватор СРс(К)-2000Как делают минералкуКазБелАЗПроизводство стеклопластиковых трубВагоносборочное производствоКупажный цехАмериканские буренки в КазахстанеЛокомотивосборочный завод по производству тепловозов ТЭ33А «Evolution»Экибастузская ГРЭС-2Экибастузская ГРЭС-1
russos.livejournal.com
Производство алюминия
Технологический процесс производства алюминия
Технологический процесс производства алюминия включает три основных этапа:
- 1. Создание глинозема из алюминиевых руд;
- 2. Создание из глинозема алюминия;
- 3. Процесс рафинирования алюминия.
И при этом необходимо использование такого оборудования:
- оборудование для системы центральной раздачи глинозема;
- электролизер;
- катодная ошиновка;
- установки сухой газоочистки;
- монтажные, технологические и литейные краны;
- аспирационные установки;
- оборудование литейного цеха;
- оборудование анодно-монтажного цеха;
- металлоконструкции производственных корпусов.
Создание глинозема из руд - этап производства алюминия
Глинозем можно получить тремя методами: кислотным, щелочным и электролитическим. Самым популярным является щелочной метод. Суть метода заключается в том, что алюминиевые растворы очень быстро начинают разлагаться при введении гидроокиси алюминия, а раствор, который остался от разложения после выпаривания при интенсивном перемешивании при температуре 170 С, может снова растворить глинозем, который содержится в бокситах. Данный способ имеет такие главные стадии:
1. Подготовка боксита, которая подразумевает его дробление и измельчение в специальных мельницах. В мельницы отправляют едкую щелочь, боксит и немного извести. Пульпу, которая получилась, направляют на выщелачивание.
2. Выщелачивания боксита подразумевает его химическое разложение от соединения с водным раствором щелочи. При этом гидраты окиси алюминия при соединении со щелочью в раствор переходят в форме алюмината натрия, а кремнезем, который содержится в боксите, соединяясь со щелочью, в раствор переходит в форме силиката натрия. В растворе эти соединения: алюминат натрия и силикат натрия формируют нерастворимый натриевый алюмосиликат. В этот остаток переходят окислы железа и титана, которые предают остатку красный оттенок. Такой остаток – это красный шлам. Когда растворение полученного алюмината натрия завершается, его разводят водным раствором щелочи при понижении температуры до 100°С.
3. Отделение красного шлама и алюминатного раствора друг от друга происходит благодаря промывке в сгустителях. После чего красный шлам оседает, а оставшийся алюминатный раствор фильтруют.
4. Разложение алюминатного раствора. Его фильтруют и отправляют в крупные емкости с мешалками. Из данного раствора при охлаждении до 60°С и перемешивании постоянном выделяется гидроокись алюминия. Из-за того что процесс протекает неравномерно и очень медленно, а рост кристаллов гидроокиси алюминия очень важен при дальнейшей обработке, то в эти емкости с мешалками — декомпозеры ещё добавляют много твердой гидроокиси.
5. Получение гидроокиси алюминия осуществляется в вакуум-фильтрах и гидроциклонах. Большую часть гидроокиси как затравочный материал возвращают к процедуре декомпозиции. После водной промывки остаток отправляется на кальцинацию; и фильтрат тоже возвращается в процесс.
6. Обезвоживание гидроокиси алюминия — завершающая стадия производства глинозема. Она проходит в трубчатых, постоянно вращающихся печах. Сырая гидроокись алюминия, когда проходит через печь, полностью высушивается и обезвоживается.
Создание из глинозема алюминия при производстве также проходит в несколько этапов.
1. Электролиз окиси алюминия происходит при температуре в электролизере — 970°С. Электролизер имеет футерованную углеродистыми блоками ванну, к которой подключается электрический ток. Выделившийся жидкий алюминий собирается на угольном основании, и оттуда его регулярно откачивают. В электролит сверху погружены угольные аноды, сгорающие в атмосфере кислорода, который выделяется из окиси алюминия, и при этом выделяетс я окись или двуокись углерода.
2.Электролиз хлорида алюминия осуществляется путем превращения окиси алюминия в реакционном сосуде в хлорид алюминия. После чего в изолированной ванне осуществляется электролиз хлорида алюминия. Хлор, который при этом выделился, отсасывается и направляется для вторичного использования. А алюминий выпадает в осадок на катоде.
3.Восстановление марганцем хлорида алюминия, при этом освобождается алюминий. За счет управляемой конденсации выделяются загрязнения, связанные с хлором, из потока хлорида марганца. Когда происходит освобождение хлора, хлорид марганца превращается в окись марганца, которая потом восстанавливается до состояния марганца, который пригоден к вторичному использованию.
Процесс рафинирования алюминия при производстве алюминия
Рафинирующий электролиз с разложением водных солевых растворов для алюминия невозможен. Так как степень очистки промышленного алюминия, который получен путем электролиза криолитоглиноземного расплава, для некоторых целей будет недостаточна, то из отходов металла и промышленного алюминия благодаря рафинированию получают алюминий еще более чистый. Самым распространённым методом рафинирования является трехслойный электролиз.
Алюминий применяется в изготовлении взрывчатых веществ (алюмотол, аммонал). Широко используются разнообразные соединения алюминия. Производство и потребление алюминия постоянно растет, сильно опережая по темпам роста производство меди, стали, цинка, свинца.
Текст, Ян Волховский, promplace.ru
Фото с сайта drugoi.livejournal.com
promplace.ru
