Что делают из алюминиевой руды

АЛЮМИНИЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. В 1854 А.Девиль изобрел первый практический способ промышленного производства алюминия. Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны. Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939, но возросло до1,9 млн. т в 1943. К 1956 во всем мире производилось 3,4 млн. т первичного алюминия; в 1965 мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 – 16,1 млн. т, в 1990 – 18 млн. т.

Также по теме:

Производство алюминия включает три основные стадии: добыча и обогащение руды; получение из руды чистой окиси алюминия (глинозема); восстановление алюминия из окиси путем электролиза.

Добыча и обогащение руды.

Основная алюминиевая руда – бокситы – добывается главным образом в карьерах; крупнейшими производителями бокситов являются Австралия, Гвинея, Ямайка и Бразилия. Обычно слой руды взрывается для образования рабочей площадки на глубине до 20 м, а потом выбирается. Куски руды дробятся и сортируются с помощью грохотов и классификаторов.

Террария Люминитовая руда | Террария Люминитовые слитки

Дробленая руда далее обогащается, а пустая порода (хвосты) выбрасывается. На этой стадии процесса экономически выгодно использовать методы промывки и грохочения, использующие разность плотностей руды и пустой породы для отделения их друг от друга. Менее плотная пустая порода уносится промывочной водой, а концентрат оседает на дно обогатительной установки. См. также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.

Процесс Байера.

Также по теме:
КОНСЕРВНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Процесс получения чистой окиси алюминия включает нагревание боксита с едким натром, фильтрование, осаждение гидроокиси алюминия и ее прокаливание для выделения чистого глинозема. На практике руда смешивается с нужным количеством горячего едкого натра в автоклаве из низкоуглеродистой стали, и смесь прокачивается через ряд стальных сосудов с паровой рубашкой.

В сосудах поддерживается давление пара 1,4–3,5 МПа в течение времени от 40 мин до нескольких часов, пока не завершится переход окиси алюминия из боксита в раствор алюмината натрия в перегретой жидкости. После охлаждения твердый осадок отделяется от жидкости. Жидкость фильтруется; в результате получается пересыщенный чистый раствор алюмината.

Этот раствор метастабилен: алюминат-ион разлагается с образованием гидроокиси алюминия. Добавление в раствор кристаллической гидроокиси алюминия, остающейся от предыдущего цикла, ускоряет разложение. Сухие кристаллы гидроокиси алюминия затем прокаливаются для отделения воды. Получающийся безводный глинозем пригоден для использования в процессе Холла – Эру. По экономическим соображениям в промышленности эти процессы стремятся делать по возможности непрерывными.

Электролиз Холла – Эру.

Заключительная стадия производства алюминия включает его электролитическое восстановление из чистой окиси алюминия, полученной в процессе Байера. Этот способ извлечения алюминия основывается на том (открытом Холлом и Эру) факте, что когда глинозем растворяется в расплавленном криолите, при электролизе раствора выделяется алюминий.

Добыча алюминия из глины в домашних условиях как бизнес идея

Типичный электролизер Холла – Эру представляет собой ванну с расплавленным криолитом 3NaF Ч AlF3 (Na3AlF6) – 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.

Для поддержания оптимальной температуры и концентрации глинозема в современных электролизерах применяются сложные системы управления. На производство алюминия расходуется очень много электроэнергии, поэтому энергетический КПД процесса – главная проблема в алюминиевой промышленности. Электродные реакции представляют собой восстановление алюминия из его окиси и окисление углерода до его окиси и двуокиси на анодах. Одна печь дает до 2,2 т алюминия в сутки. Металл сливается раз в сутки (или реже), потом флюсуется и дегазируется в отражательной копильной печи и разливается по формам.

Также по теме:
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ

Возобновляемые электроды Содерберга.

В электролизере Холла – Эру угольные аноды расходуются со скоростью 2,5 см/сут, так что часто требуется установка новых анодов. Чтобы исключить частое вмешательство человека в производство, был разработан процесс с использованием возобновляемого электрода Содерберга.

Анод Содерберга непрерывно образуется и спекается в восстановительной камере из пасты – смеси 70% молотого кокса и 30% смоляной связки. Эта смесь набивается в прямоугольную оболочку из листовой стали, открытую с обоих концов и расположенную вертикально над ванной с расплавом внутри печи. По мере расходования анода в верхнее отверстие оболочки добавляется паста. Когда коксосмоляная смесь опускается вниз и нагревается, она спекается в твердый углеродистый брусок прежде, чем достигает рабочей зоны.

Потребление алюминия.

Около 28% производимого алюминия идет на изготовление банок для напитков, пищевой тары и всевозможных упаковок. Еще 17% используется в транспортных средствах, включая самолеты, военную технику, железнодорожные пассажирские вагоны и автомобили. Около 16% применяется в конструкциях зданий.

Примерно 8% используется в высоковольтных линиях электропередачи и других электрических устройствах, 7% – в таких потребительских товарах, как холодильники, кондиционеры воздуха, стиральные машины и мебель. На нужды машиностроения и промышленное оборудование расходуется 6%. Остающаяся часть потребляемого алюминия используется в производстве телевизионных антенн, пигментов и красок, космических кораблей и судов. См. также ХОЛЛ, ЧАРЛЗ МАРТИН.

Также по теме:
Литература:

Сандлер Р.А., Ратнер А.Х. Электрометаллургия алюминия и магния. Л., 1983

Источник: www.krugosvet.ru

Добыча алюминия: добыча алюминиевой руды и получение металла

На сегодняшний день алюминий — один из самых популярных металлов, который используется как во многих отраслях промышленности, так и в повседневной жизни каждого человека. Удивительно, что этот металл, всего полтора века назад считавшийся дороже золота, занял прочную позицию на рынке и продолжает быть очень востребованным.

Различия по насыщенности

Алюминиевая руда представляет собой горную породу, из которой добывают металл. Алюминий не существует в чистом виде в природе, это химический элемент, который можно найти во многих соединениях, но различной насыщенности. По причине наибольшей рентабельности в настоящее время добыча алюминия производится из бокситов, алунитов и нефелинов.

Наибольшую концентрацию оксида алюминия содержат бокситы (50 % и более). Они являются главным источником глинозема, то есть основного сырья, из которого производится алюминий.

На втором месте по концентрации алюминия в составе находятся алуниты, которые содержат до 40 % глинозема.

На третьей позиции обосновались нефелины. Они представляют собой щелочное образование, которое содержит до 25 % глинозема.

Все остальные соединения содержат глинозем в меньшей концентрации, и нерентабельны в процессе добычи алюминия.

Свойства алюминиевой руды

Алюминий высоко ценился у наших предков, которые открыли этот металл почти два столетия назад, и не теряет актуальности по сей день. Ниже представлены главные свойства алюминия, благодаря которым этот металл особенно ценен:

• относится к группе легких металлов;
• огромные залежи — алюминий занимает третье место после кислорода и кремния с точки зрения распространения на Земле;
• высокая степень пластичности — металл легко поддается механической обработке, литью, полировке и пр.;
• обладает высокой степенью тепло- и энергопроводимости;
• высокая отражательная способность — до 90 %;
• стойкость к коррозии;
• приятный блестящий внешний вид.

Технология разработки алюминиевых залежей

Наиболее важную роль в получении алюминия играют бокситы, в которых наибольшая концентрация глинозема. Сам по себе боксит — это сложная горная порода, и его добыча опирается на нескольких основных способов:

• открытый — считается основным и наиболее популярным методом, который используется, если алюминиевая руда залегает неглубоко (чаще всего это именно бокситы);
• подземный (иначе — шахтный) способ. Этот метод извлечения алюминиевой руды схож по принципу с добычей каменного угля в шахтах (отсюда название).

При выборе метода обработки месторождения алюминиевой руды учитываются такие факторы, как тип месторождения, а также геологические условия его залегания (например, горизонтальное или наклонное).

Процесс срезания пластов алюминиеносных пород земли зависит также во многом от их вида и структуры. Ниже представлены два наиболее распространенных метода:

1. Срезка фрезерным способом, когда на помощь приходят карьерные комбайны. Благодаря этим машинам (различным также по своим свойствам в зависимости от модели) происходит срез пласта, толщина которого может достигать 600 мм. Алюминиевые породы обрабатываются таким образом постепенно. После снятия каждого слоя образуются так называемые «полки».
2. Альтернативой фрезерной разработки алюминиевой руды, в особенности рыхлой, является работа карьерных экскаваторов. Этот способ применяется, если необходимо сразу погрузить руду на самосвалы с целью дальнейшей транспортировки.

Способы добычи алюминиевой руды

Прямо из руды добыть алюминий невозможно, он слишком быстро окисляется. По этой причине ценный металл получают в несколько стадий:

1. Добывание глинозема (окись алюминия) из алюминиевых руд с последующей транспортировкой при помощи самосвалов на обогатительные комбинаты.
2. Получение алюминия из глинозема — самая сложная и трудоемкая часть процесса:

• минералы измельчают при помощи дробильных аппаратов;
• затем спекают в печах;
• впоследствии происходит выщелачивание при помощи крепких щелочей — период обработки сырья. Стоит отметить, что добывание глинозема может осуществляться различными способами: кислотным, электролитическим и щелочным. Наиболее популярный метод именно щелочной, его использовали еще в 18 в.;
• декомпозиция, т. е. процесс, в котором полученная алюминатная пульпа попадает на сепарацию, где жидкая составляющая выпаривается;
• рафинирование алюминия, иначе — очищение от лишних щелочей;
• прокаливание в печах — завершающий этап.

В результате сложнейших операций получается сухой глинозем. Из этого сырья получают чистый алюминий при помощи гидролизной обработки.

Для того чтобы получить 1 тонну чистого алюминия, необходимо добыть 2 тонны глинозема. Такое количество глинозема будет содержаться примерно в 4–4,5 тоннах боксита. Количество алунитов или нефелитов должно быть, соответственно, еще больше. Легко сделать вывод, что добыча и производство алюминия — это непростой, энергоемкий и затратный процесс.

Применение алюминиевой руды

Современный мир трудно представить себе без алюминия. Спектр его применения очень широк, и мы иногда не представляем себе, насколько важен этот метал в нашей жизни.

Алюминий широко применяется в машино- и автостроении, авиации, строительстве, стекольной промышленности, а также при производстве электротехники и других мелких товаров народного потребления (например, фольга).

Особенно интересным фактом является то, что алюминий присутствует в нашей жизни также в качестве пищевой добавки под кодом Е173. В качестве пищевого красителя эта добавка разрешена в ряде стран, в том числе и в России. Наиболее часто данный краситель используется в кондитерской отрасли благодаря тому, что он придает изделиям красивый серебристый оттенок. Тем не менее, это небезопасная добавка, и врачи настоятельно рекомендуют потреблять ее очень умеренно и с осторожностью.

Алюминиевая руда имеет богатый состав, и кроме алюминия из нее извлекают другие химические элементы. В основном это цветные металлы, которые в дальнейшем используются для улучшения качества стали, а также титан, ванадий, хром и др.

Извлеченный глинозем также полезен в черной металлургии, где он используется в качестве флюсов.

Во время плавления руды, извлеченной из бокситов, в электропечах получается еще один материал, который называется электрокорундом. Он особенно ценен благодаря своей твердости (уступает только алмазу) и востребован в качестве абразива.

Во время процесса получения алюминия образуются также отходы, которые носят название красный шлам. В их составе элемент скандий, особенно востребованный во многих отраслях как тяжелой (автомобильная, ракетостроительная), так и легкой (производство электроприводов, спортивного оборудования) промышленности.

Альтернатива алюминиевым рудам

Ученые сходятся во мнении, что в настоящее время достойной альтернативы алюминию не существует. Возможно, в будущем удастся найти или создать еще более функциональный и относительно дешевый металл, однако на сегодняшний день алюминий — безусловный лидер.

Источник: uglevodorody.ru

Технология производства алюминия

Алюминий — один из самых распространённых химических элементов на Земле. Но больше он известен как лёгкий металл, который широко применяется в промышленном производстве, строительстве и других сферах жизни. Алюминий и сплавы из него ценят за прочность, лёгкость, хорошую теплопроводность, устойчивость к коррозии, простоту обработки. Однако металл серебристо-белого цвета практически невозможно встретить в «готовом» виде. В этой статье расскажем о производстве алюминия — от происхождения до переплавки.

Происхождение

Значительное количество мировых запасов алюминия содержится в земной коре, являясь частью многих соединений — таких как корунд, бёмит, кианит, анортит, альбит, берилл и пр. Всего соединений насчитывается около 25. Также частицы металла присутствуют в пресных и морских водах, хоть и в совсем небольшом количестве. Добыть алюминий невозможно плавлением руды, как это обычно делают с железом — требуются более сложные методы обработки. Страны, производящие больше всего алюминия — Китай, США, Россия, Австралия, Бразилия.

Технология производства

Производство алюминия осуществляется в несколько этапов. Рассмотрим подробно каждый из них.

Добыча бокситов

Есть разные виды алюминиевых руд, но добыча металла осуществляется именно из бокситов. Бокситы — это горные породы, содержащие оксид алюминия (а также прочие минералы). Качественными принято считать породы, в которых оксида алюминия больше половины.

Бокситы различаются между собой по структуре — есть плотные или рыхлые. Также они могут отличаться по цвету — оттенок породы зависит от количества примесей железа. Чем больше железа в составе, тем более ржавый оттенок у бокситов. Но встречаются породы белого или серого цвета, а также различных других цветов — тёмно-зелёные, жёлтые, пёстрые и даже разноцветные.

Большая часть бокситов в мире расположена близ экватора. Среди стран-лидеров по залежам породы — Бразилия, Ямайка, Гвинея, Индия, Австралия. Больше всего бокситов залегает в Гвинее — 28,4% мирового запаса. Их достают из земной коры, послойно срезая руду, а затем перевозят эти пласты для дальнейшей переработки.

Но бокситы не всегда залегают близко к поверхности — иногда для их добычи приходится организовывать шахты. Яркий пример — шахта «Черемуховская-Глубокая», которая находится в Свердловской области РФ. Её глубина составляет более чем 1,5 километра.

Производство глинозёма

Следующий шаг — это переработка добытых бокситов в глинозём. Глинозём — это оксид алюминия (Al2O3), который выглядит как сыпучий порошок белого цвета. Переработка бокситов в глинозём осуществляется по методу Байера — способ, открытый ещё в 1895 году, но всё ещё актуальный, поскольку наиболее быстрый и дешёвый. Правда метод Байера подходит только для работы с высококачественными бокситами, в которых мало примесей. Метод основан на трёх шагах. Это:

• дробление — бокситы раскалывают и перемалывают, чтобы раскрыть зёрна алюминия в его составе;
• выщелачивание — размолотый оксид растворяют в концентрированной щёлочи, добавляя известь;
• декомпозиция — после гидролиза и кристаллизации алюминат натрия выделяется в осадок.

Балласт, остающийся после переработки, называют красным шламом. Это плотная масса, состоящая из кремниевых, железистых и других соединений. Красный шлам также активно используют в других сферах промышленности — например, для изготовления бетона или чугуна.

Второй, менее популярный способ производства глинозёма — спекание. Он требует больших затрат, чем метод Байера, но зато может использоваться для работы с породой, содержащей высокий процент примесей.

Электролиз

Далее полученный после переработки состав помещают в ванну с расплавленным криолитом, который создаёт токопроводящую среду, а затем пропускают через раствор электрический разряд мощностью свыше 400 килоампер. Алюминий освобождается от кислорода и распределяется тонким слоем на дне ёмкости — его в жидком виде собирают вакуумными ковшами и отправляют в литейный цех для дальнейшей обработки.

Получение рафинированного алюминия

Часто металл, полученный с помощью электролиза, содержит в своём составе различные примеси, такие как кремний, цинк, углерод, азот, водород и пр. Они негативно влияют на свойства алюминия. Поэтому металл дополнительно подвергают рафинированию — очищению от примесей. Делается это двумя способами:

• хлорированием (продуванием хлористым раствором);
• электролитическим рафинированием по трёхслойному способу.

В результате этих процессов чистота алюминия повышается до 99,5-99,9%.

Расчёт сырья

Не всё полученное из бокситов сырьё превращается в алюминий — достаточно большая часть уходит в примеси или потери при производстве. Для получения одного килограмма алюминия требуется около 1,9 килограмма глинозёма. Это не точное число — оно может меняться в зависимости от типа применяемого оборудования, качества глинозёма и других факторов.

Необходимое оборудование

Производство алюминия — трудоёмкий процесс, требующий большой технической оснащённости предприятий. Самым сложным этапом является электролиз — для его проведения требуется много электроэнергии. По этой причине алюминиевые заводы часто строят рядом с источниками дешёвого электричества — например, гидроэлектростанциями.

Для работы с алюминием также требуется много разного оборудования, среди которого:

• машины для раздачи глинозёма;
• катодная ошиновка;
• газоочистительные установки;
• монтажные и линейные краны;
• электролизер.

Не говоря уже об оснащении литейных цехов, где также необходимо большое количество оборудования для дальнейшей переработки металла.

Изготовление изделий

После получения алюминия его переплавляют в слитки разных типов. Стандартные прямоугольные слитки (слябы) используют для производства листового алюминия — листов, фольги, материалов для обшивки, пищевой тары. Цилиндрические слитки применяются для производства различных видов проката методом экструзии — так получают трубы, профили и пр.

При переработке в металл могут добавлять другие вещества — так получают сплавы. Уже существует более ста видов алюминиевых сплавов. Добавление таких металлов как марганец, цинк, медь, кремний и пр. влияет на некоторые свойства алюминия, например, делает его более пластичным, коррозионностойким или повышает электропроводность.

Согласно официальной статистике, самый большой процент потребления алюминия приходится на азиатские страны — около 78%. На втором месте Европа, а США и Латинская Америка расположились на третьем.

Переплавка

За счёт своих свойств алюминий хорошо поддаётся вторичной переработке. Его собирают, переплавляют и заново пускают в производство. 90% алюминиевой тары для напитков перерабатывается и заново возвращается на магазинные полки. Переработать можно любые алюминиевые изделия — это позволяет значительно сэкономить ресурсы, затрачиваемые на его производство.

Источник: metopttrade.ru