Производство алюминия

Из какой руды получают алюминий и способы получения алюминия - ключевые вопросы современной металлургии. Запасы алюминия являются наиболее многочисленными на нашей планете, однако в чистом виде встретить его невозможно, так как это химически активный материал, его атомы легко создают химические связи с различными веществами. Особенность получения данного металла в том, что здесь не работают стандартные методы, такие как плавление руды, которые используются с множеством других металлов.

Алюминий получают при помощи огромных объемов электроэнергии, и этот процесс гораздо сложнее. Именно поэтому заводы по производству алюминия в основном строят вблизи мощных источников энергии, один из оптимальных вариантов - гидроэлектростанции, которые меньше всего загрязняют окружающую атмосферу.

Основные этапы производства алюминия

Весь процесс добычи и производства алюминия можно разделить на следующие основные этапы:

Бокситы - основная руда для получения алюминия

Руда из которой получают алюминий - это бокситы, являющиеся основным сырьем для получения алюминия. Из чего добывают алюминий? Бокситы представляют собой горную породу, в состав которой входят оксид алюминия и другие различные минеральные примеси. Сырье имеет высокое качество, если оно содержит в себе свыше 60% оксида алюминия.

Исходя из структуры и цвета, бокситы могут весьма сильно отличаться - они могут быть рассыпчатыми и рыхлыми, или наоборот, твердыми и плотными. Цвет бокситов может быть разным: коричневым, рыжеватым, красным, а если в них есть железо, тогда более белым. Но на этом разнообразие цветов не заканчивается - бывают также темно-зеленые или желтые руды с различными вкраплениями.

Месторождения алюминия в мире и география добычи

Месторождения алюминия в мире распределены неравномерно. Подавляющее большинство земных запасов, а это около 90%, находится в субтропическом и тропическом поясах. Где добывают алюминий в наибольших объемах? Основные регионы добычи:

Обычно добыча бокситов производится с применением специальной техники, которая помогает «срезать» руду с поверхности, а затем её перевозят для дальнейшего производства. Далеко не всегда алюминиевая руда находится прямо на поверхностном слое, и существуют довольно глубокие залежи, добыча которых требует постройки специализированных шахт. Одна из наиболее глубоких является «Черемуховская-Глубокая» шахта, расположенная в России, её глубина достигает 1550 метров.

Способы получения алюминия: от руды до металла

Получение глинозема - первый этап переработки

Далее наступает этап переработки алюминиевой руды в глинозем, который имеет вид белого порошка, он рассыпчатый и является оксидом алюминия. Способы получения алюминия включают несколько основных методов переработки бокситов:

Метод Байера

Основной метод получения глинозема носит имя Байера, ему уже около ста лет, но и теперь 90% всего глинозёма производится именно таким способом. Его явное преимущество - экономичность, но подходит он только для переработки бокситов высокого качества, имеющих малое содержание примесей, а главное - кремнезема.

Метод спекания

Кроме метода Байера существует другой способ получения алюминия - так называемый метод спекания. Используя его, получают твердые материалы из порошкообразных в условиях максимальных температур. Бокситы соединяют с известняком и содой, чтобы иметь возможность легкого отделения нерастворимых силикатов. Данный метод обходится намного дороже, но позволяет переработать бокситы далеко не лучшего качества с большим количеством нежелательных примесей кремнезема.

Криолит - необходимый компонент производства

Именно глинозем является первостепенным источником металла при переработке алюминия. Но чтобы создать благоприятную среду для качественного осуществления данного процесса, понадобится еще такой компонент, как криолит. По своей структуре данный минерал весьма хрупкий и легко поддается переплавке. В природе очень мало месторождений криолита, поэтому в подавляющем большинстве случаев на производстве используют его искусственный аналог. Получить его можно в результате взаимодействия гидроксида алюминия с содой и плавиковой кислотой.

Электролизный процесс производства алюминия

После того как были добыты бокситы, получен глинозём, пополнены запасы криолита, наступает заключительная стадия производства алюминия – электролиз. Именно цех, в котором выполняется данный процесс, является центром всего алюминиевого производства, и стоит отметить, что он сильно отличается от других металлургических цехов, в которых производят, например, сталь.

Внутри цеха находятся прямоугольные корпуса, их протяженность может достигать 1 км. Здесь же находятся электролизные ёмкости - ванны, соединенные толстыми кабелями с источником электричества. Сила тока находится в пределах 300 – 400 кА, а напряжение в каждой ёмкости 5-6 вольт. Основной производственной силой можно считать именно электрический ток, так как все производственные процессы в цехе механизированы, и людей задействовано очень немного.

Технология электролиза

Ёмкость ванны наполняется криолитом, свойства которого позволяют создать токопроводящую среду при очень высоком нагреве. Соответственно во всех ёмкостях производится процесс электролиза. Катодом в данном случае выступает днище ёмкости (ванны), а анодом - специальные угольные блоки, которые погружаются в саму емкость.

С промежутком в 30 минут автоматическая система загружает новую подачу сырья в ванны. Электрический ток воздействует на химическое соединение алюминия и кислорода, и разрывает его, в результате чего металл опускается на дно емкости ванны, а кислород соединяется с углеродом, образуя углекислый газ.

Алюминий извлекается из производственной ёмкости каждые 2-4 дня, при этом используются специальные вакуумные ковши. На поверхности застывает корка электролита, в которой проделывают дыру и опускают своеобразную трубку. По ней алюминий в жидком виде всасывается в ковш, в котором заранее уже откачан весь воздух. Одна ванна дает примерно одну тонну алюминия, а сам ковш вмещает в себя четыре тонны металла.

Экологические аспекты производства

Все электролизеры оснащены системой забора газа, она собирает газы, выделяющиеся при электролизе, и отправляет их на очистку. В наше время так называемые «сухие» системы газоочистки используют именно глинозем для того, чтобы уловить фтористые соединения.

Литейный этап и получение готовой продукции

Расплавленный алюминий поступает в специальный литейный цех, он до сих пор содержит некоторую долю лишних примесей. Но даже минимальное их количество негативно влияет на некоторые свойства металла, поэтому его переплавляют в специальной печи при температуре 800 градусов, чтобы удалить остатки этих самых примесей.

В итоге получаемый алюминий разливается по формам, где он застывает в твердую форму. Наименьший слиток алюминия называют чушкой, их вес от 6 до 25 килограммов. Потребители получают готовый продукт производства в чушках и далее переплавляют его, придавая определенную форму, требующуюся для конкретной задачи.

Современные технологии и перспективы развития

Технологии производства алюминия совершенствуются с каждым днем. Делается это для того, чтобы предоставлять потребителю товар наивысшего качества, затрачивая как можно меньше средств, а также чтобы процесс производства был максимально безопасен для окружающей среды.

Вторичная переработка алюминия

Основной плюс данного металла – сохранение всех своих качеств в процессе эксплуатации. Благодаря этому изделия из алюминия могут быть без особых проблем переработаны и переплавлены. Такая возможность экономит огромные запасы энергии, которые уже были потрачены при первичном производстве.

Все о алюминии включает понимание важности вторичной переработки. Отходы алюминия собираются и перерабатываются по всему миру, это значительно позволяет экономить ресурсы и снизить пагубное воздействие увеличивающихся в площади свалок. Возрастание ответственности за экологию продвигает идею раздельного сбора мусора во всех странах.

На сегодняшний день практически каждое производство стремится стать более модернизированным с целью повышения как рентабельности процесса, так и экологической безопасности производства алюминия.