Hliník, výroba hliníku: technologie, proces a popis

Hliník má celou řadu vlastnostíto je jeden z nejpoužívanějších materiálů na světě. Je široce rozšířen v přírodě a zaujímá první místo mezi kovy. Zdá se, že s jeho produkcí by neměly být žádné potíže. Ale vysoká chemická aktivita kovu vede k tomu, že ve své čisté podobě není splněna a je těžké vyrábět - je to energeticky náročná a nákladná.

Suroviny pro výrobu

Z jakých surovin pochází hliník? Výroba hliníku ze všech minerálů, které ho obsahují, je drahá a nerentabilní. Extrahují z bauxitů, které obsahují až 50% oxidů hliníku a leží přímo na povrchu země s významnými hmotami.

Tyto hliníkové rudy jsou poměrně složitéchemické složení. Obsahují oxid hlinitý v množství 30 až 70% celkové hmotnosti, oxid křemičitý, který může být až 20%, oxid železa v rozmezí od 2 do 50%, titan (až 10%).

Oxid hlinitý, a to je oxid hlinitý, je složen z hydroxidů, korundu a kaolinitu.

Nedávno byly získány oxidy hliníku z nehelinů, které také obsahují oxidy sodíku, draslíku, křemíku a alunitu.

Pro výrobu jedné tuny čistého hliníku je zapotřebí asi 2 tuny oxidu hlinitého, což se získá z asi 4,5 tuny bauxitu.

Vklady bauxitu

Zásoby bauxitu ve světě jsou omezené. Na celém světě je sedm regionů s bohatými ložisky. To Guinea v Africe, Brazílii, Venezuele a Surinam v Jižní Americe, na Jamajce, Karibiku, Austrálii, Indii, Číně, Řecku a Turecku do Středomoří a Rusku.

V zemích s bohatými ložiskybauxitu, výroby hliníku. Ruští bauxit doly na Urale, Altaj a Krasnojarsk územích, v jedné z okresech Leningradské oblasti, nefelinické - na poloostrově Kola.

Nejbohatší vklady patří právěRuská společná společnost UC RUSAL. To je následováno gigantů Rio Tinto (Austrálie, Anglie), se spojila s kanadskou Alcan a CVRD. Čtvrtým místem je společnost Chalco z Číny, pak americká australská společnost Alcoa, která je také významným výrobcem hliníku.

Původ výroby

Dánský fyzik Oersted vyzdvihl první hliníkv roce 1825. Chemická reakce proběhla s chloridem hlinitým a amalgámem draslíku, místo toho o dva roky později německý chemik Weller použil kovový draslík.

Draslík - materiál je poměrně drahý, a takprůmyslová výroba hliníku Francouz sv. Clair z Deville místo draslíku v roce 1854 používal sodík, prvek mnohem levnější a odolný dvojitý chlorid hliníku a sodíku.

Ruský vědec NN Beketov byl schopen přeměnit hliník z roztaveného kryolitu s hořčíkem. Na konci osmdesátých let tohoto století byla tato chemická reakce použita Němci na první hliníkové rostlině. Ve druhé polovině 18. století bylo 20 tun čistého kovu získáno chemickými prostředky. Byl to velmi drahý hliník.

Výroba hliníku elektrolýzouvznikl v roce 1886, kdy současně patentové přihlášky podaly zakladatelé této metody americká scholarská síň a francouzský Eru. Navrhly rozpouštění oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu a poté získání hliníku elektrolýzou.

Tím vznikl hliníkový průmysl, který se stal více než stoletím historie jednou z největších odvětví metalurgie.

Hlavní etapy výrobní technologie

Obecně platí, že technologie výroby hliníku se od svého vzniku nezměnila.

Proces se skládá ze tří etap. Na první z hliníkových rud, ať už jde o bauxity nebo nephelines, oxid hlinitý-oxid hlinitý Al₂O₃ .

Poté se z oxidu extrahuje průmyslový hliník s čistotou 99,5%, což je pro některé účely nedostatečné.

Proto je v posledním stupni rafinován hliník. Výroba hliníku je dokončena jeho čištěním na 99,99%.

Získání oxidu hlinitého

Existují tři způsoby výroby oxidu hlinitého z rud:

- kyselé;

- elektrolytická;

- alkalické.

Poslední metoda je nejčastější,vyvinutý ve stejném století XVIII, ale od té doby se mnohokrát zlepšoval a výrazně zlepšil, je používán pro zpracování bauxitu vysoké kvality. Tvoří asi 85% oxidu hlinitého.

Podstatou alkalické metody je toHliníkové roztoky se rozkládají při vysokých rychlostech, když se do nich zavádí hydroxid hlinitý. Roztok, který zůstává po reakci, se odpaří při vysoké teplotě asi 170 ° C a opět se použije k rozpuštění oxidu hlinitého;

Nejprve se bauxit rozdrtí a rozdrtímlýny s louhem vápna a poté se v autoklávu při teplotách až do 250 ° C, je tvořena rozklad jeho chemické a sodný hlinitanu, která se zředí alkalickým roztokem již při nižší teplotě - 100 ° C, veškerý roztok hlinitanu se promyje ve speciálních zahušťovadla, ze suspenze . Pak se rozklad uskuteční. Prostřednictvím filtrů se roztok čerpá do míchané nádrže, aby se kontinuálně promíchala formulace, do které se přidává pevný hydroxid hlinitý pro očkování.

V hydrocyklonech a vakuových filtrech,hydroxid hlinitý, jehož část je vrácena jako semenářský materiál a některé jsou určeny k kalcinaci. Filtrát, který zůstává po oddělení hydroxidu, se rovněž vrací do oběhu za účelem vyluhování další dávky bauxitů.

Proces kalcinace (dehydratace) hydroxidu v rotačních pecích probíhá při teplotách do 1300 ° C

K výrobě dvou tun oxidu hlinitého spotřebuje 8,4 kWh elektrické energie.

Silná chemická sloučenina, jejíž teplota tání je 2050 ° C, ještě není hliník. Výroba hliníku v přední části.

Elektrolýza oxidu hlinitého

Hlavní zařízení pro elektrolýzu jeSpeciální vana, lemovaná uhlíkovými bloky. K tomu je přiveden elektrický proud. Ve vaně jsou uhlíkové anody spálené, když jsou odděleny od oxidu čistého kyslíku a tvoří oxid a oxid uhličitý. Vany nebo elektrolyzery, jak se nazývají odborníci, jsou součástí elektrického obvodu v sérii, tvořící sérii. Síla proudu je 150 tisíc ampérů.

Anody mohou být dvou typů: vyhozen z velkých uhlíkových bloků, které hmotnost může být více než jednu tunu a Soderberg sestávající z uhelných briket v hliníkový plášť, které slinují při elektrolýze při vysokých teplotách.

Provozní napětí v lázni je obvykle asi 5 voltů. Bere v úvahu jak napětí potřebné pro rozklad oxidu, tak nevyhnutelné ztráty v rozvětvené síti.

Z rozpuštěné v tavenině na bázi kryolitu oxidu hlinitého se kapalný kov, který je těžší než elektrolytové soli, usazuje na uhlíkové bázi lázně. Pravidelně se čerpá.

Proces výroby hliníku vyžaduje velkénáklady na energii. Chcete-li získat jednu tunu hliníku z oxidu hlinitého, musíte vynaložit přibližně 13,5 tisíc kWh elektrické energie. Další podmínkou pro vytvoření velkých výrobních středisek je tedy blízká výkonná elektrárna.

Rafinace hliníku

Nejslavnější metoda je třívrstváelektrolýza. Také se odehrává v elektrolytických lázních s uhlíkovými vložkami, které jsou lemované magnezitem. Anodou v procesu je samotný roztavený kov, který je podroben purifikaci. Je umístěn ve spodní vrstvě na vodivém podkladu. Čistý hliník, který se rozpouští z elektrolytu v anodové vrstvě, se rozumí nahoru a slouží jako katoda. Proud je dodáván pomocí grafitové elektrody.

Elektrolytem v mezivrstvě je fluorid hlinitý nebo čistý nebo s přídavkem chloridu sodného a barya. Zahřívá se na teplotu 800 ° C.

Spotřeba energie pro třívrstvýRafinace činí 20 kWh na 1 kg kovu, což je 20 tisíc kWh za tunu. Proto, stejně jako žádná výroba kovů, vyžaduje hliník nejen přítomnost zdroje elektrické energie, ale velkou elektrárnu v bezprostřední blízkosti.

Rafinovaný hliník obsahuje železo, křemík, měď, zinek, titan a hořčík ve velmi malých množstvích.

Po rafinaci se hliník zpracovává na komerční výrobky. To jsou ingoty a drát, list a chushki.

Segregační produkty získané v důsledku částečné rafinace ve formě pevné sraženiny se používají k deoxidaci a částečně odcházejí jako alkalický roztok.

Absolutně čistý hliník se vyrábí nanásledná zóna tavení kovu v inertním plynu nebo vakuu. Jeho pozoruhodnou charakteristikou je vysoká elektrická vodivost při kryogenních teplotách.

Recyklace druhotných surovin

Čtvrtina celkové poptávky po hliníku je splněna sekundárním zpracováním surovin. Z produktů se recykluje do recyklace.

Předem tříděné surovinyroztavený v prahové peci. V tom jsou kovy s vyšším bodem tání než hliník, například nikl a železo. Různé nekovové inkluze se odstraňují z roztaveného hliníku promýváním chlorem nebo dusíkem.

Více tavných kovových nečistot se odstraňuje přísadami hořčíku, zinku nebo rtuti a evakuace. Hořčík se z taveniny odstraňuje chlorem.

Předem určená litá slitina se vyrábí zavedením aditiv, které jsou určeny složením roztaveného hliníku.

Hliníkové výrobní střediska

Pokud jde o spotřebu hliníku, Čína zaujímá první místo, zanechává za sebou USA na druhém místě a třetí místo je držitelem Německa.

Čína je také zemí produkce hliníku, s obrovskou rezervou v této oblasti.

Prvních deset, s výjimkou ČLR, zahrnuje Rusko, Kanadu, Spojené arabské emiráty, Indii, USA, Austrálii, Norsko, Brazílii a Bahrajnu.

V Rusku je monopolním producentem oxidu hlinitého a oxidu hlinitéhohliník je sjednocená společnost RUSAL. Produkuje až 4 miliony tun hliníku ročně a vyváží produkty do sedmdesát zemí a je přítomen na pěti kontinentech v sedmnácti zemích.

Americká společnost Alcoa v Rusku vlastní dvě metalurgické závody.

Největším výrobcem hliníku v Číně je Chalco. Na rozdíl od zahraničních konkurentů se veškerá aktiva soustředí ve své domovské zemi.

Divize Hydro Aluminium norské společnosti Norsk Hydro vlastní hliníkové elektrárny v Norsku, Německu, na Slovensku, v Kanadě a Austrálii.

Australská firma BHP Billiton vlastní výrobu hliníku v Austrálii, Jižní Africe a Jižní Americe.

V Bahrajnu je Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) - možná největší produkce. Hliník tohoto výrobce zaujímá více než 2% celkového objemu "okřídleného" kovu vyrobeného na světě.

Takže, shrnutí, můžeme říci, že hlavnívýrobci hliníku jsou mezinárodní společnosti, které vlastní bauxitové rezervy. A jediný proces spotřebou energie se skládá ze získání oxidu hlinitého z hliníku rudy výrobních fluoridy, které zahrnují kryolit, oxid anodového pasty a oxidu anodu, katodu, potahové materiály, a řádné elektrolytická výroba čistého kovu, který je hlavní složkou hliníku a oceli.