Для чего глинозем нужен

Глинозем

Глинозем представляет собой всераспространенную природную форму оксида алюминия Al₂O₃. Глинозем алюминия в чистом виде встречается в виде минерала корунда, ярко выражен в составе бокситов – горных глинистых пород, также алунитов, нефелинов и каолинов.

Производство глинозема

Для получения технических видов глинозема, используемых в индустрии, употребляются разные технологии и типы сырья. Из добытой и обогащенной руды выделяют незапятнанный глинозем, подходящий для получения алюминия электролитическим методом. Производство глинозема из руд промышленного значения осуществляется несколькими способами зависимо от черт и состава дюралевых руд.

Всераспространенной промышленной технологией получения глинозема является щелочной гидрохимический способ Байера. Оксид алюминия при использовании такового способам добывается из бокситов высших видов методом разложения алюминатного раствора при содействии с гидроокисью алюминия. В итоге из приобретенного раствора осаждается конечный продукт, который после промывки, фильтрования, кальцинации и прокаливания преобразуется в безводный глинозем.

ГЛИНОЗЁМ — что это такое? значение и описание

Сухая щелочная разработка получения глинозема (спекание) позволяет выделять глинозем из низкосортных бокситов, нефелинов и алунитовых руд. Сырье спекается в печах для получения жесткой формы алюмината, который выщелачивается, сгущается, промывается и подвергается отделению шлама. Приобретенный раствор разлагают углекислотой и получают оксид алюминия и дополнительные продукты.

Свойства и применение глинозема

Глинозем употребляется для производства ряда абразивных, огнеупорных, износоустойчивых материалов, применяется в качестве адсорбентов, электроизолирующих материалов, катализаторов, инертных заполнителей в исследованиях и хим индустрии.

Хим и электропроводные характеристики глинозема:

• амфотерный солеобразующий оксид;
• тусклые нерастворимые в кислотах и воде кристаллы;
• растворим исключительно в жарких смесях, расплавах щелочей;
• температура плавления вещества: 2044 °C;
• полупроводник n-типа;
• электронная крепкость материала: 10 кВ/мм;
• диэлектрическая проницаемость в спектре 9,5-10.

Компания «Микроинтек» реализует высококачественный глинозем, цена которого определяется маркой, предназначением, использованными при изготовлении технологиями и сырьем.

Источник

Производство глинозема

Для переработки бокситов с кремниевым модулем наименее 5—7 более экономным является метод спекания. В связи с истощением богатых глиноземом месторождений боксита и вовлечением в создание более бедных бокситов, толика метода Байера в производстве глинозема понижается и воз­растает толика метода спекания.

Способ Байера

Метод Байера — метод выделения глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содер­жащийся в боксите оксид алюминия Al₂O₃, избежав перевода в раствор других составляющих боксита (SiO₂, Fe₂O₃ и др.). В базе метода лежит обратимая хим реак­ция:

Глинозём | Как это сделано в Казахстане?

При протекании реакции на право глинозем в виде алюмината натрия перебегает в раствор, а при оборотном течении реак­ции образующийся гидратированный Al₂O₃ выпадает в осадок. Упрощендая схема производства глинозема по методу Байера показана на рис. 244. Ниже описаны главные операции этого метода.

1. Подготовка боксита к выщелачиванию. Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05—0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.

2. Выщелачивание. Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100—240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6—2,5 и высотой 13,5—17,5 м. Давление в автоклаве 2,5—3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок 2 с барботером 3 — пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.

Автоклав для выщелачивания боксита

Пульпу обычно пропускают через батарею из 6—10 последовательно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al₂O₃ • Н₂O, Al₂O₃ • 3Н₂O и Al₂O₃ глинозем реагирует со щелочью (реакция приведена выше), переходя в Na₂O • Al₂O₃. В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до ~ 150 °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Про­дуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми- натного раствора (содержащего Na₂O • Al₂O₃) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

3. Разделение алюминатного раствора и шлама после раз­бавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойни­ках) — сосудах диаметром 15—50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получае­мый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe₂O₃) идет в отвал, шлам содержит, %: Al₂O₃ 12—18, SiO₂ 6—11, Fe₂O₃ 44-50, CaO 8-13.

4. Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевес­ти алюминий из «раствора в осадок в виде Al₂O₃ • 3Н₂O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выще­лачивания влево, в сторону образования Al₂O₃ • 3Н₂O. Что­бы указанная реакция шла влево, необходимо понизить дав­ление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алю­миния) и пульпу для получения достаточно крупных кристал­лов Al₂O₃ • 3Н₂O перемешивать в течение 50—90 ч.

Этот процесс осуществляют в серии установленных после­довательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидроокси­да алюминия). В серии устанавливают 10—11 декомпозеров с механическим перемешиванием или 16—28 декомпозеров с воз­душным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществ­ляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков). Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25—35 м и объемом до 3000 м3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.

5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности. После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидро­оксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гид­росепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40—100 мкм и мелкую фракцию (размером

6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5—5 и длиной 35—110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200—300 °С в месте загрузки до ~ 1200 °С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al₂O₃ • 3H₂O = Al₂O₃ + 3Н₂O, заканчивающая­ся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al₂O₃ (порошок белого цвета).

Извлечение глинозема при использовании описанного спо­соба Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0—2,5 т боксита, 70—90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7—9 т пара, 160—180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт • ч элект­роэнергии.

Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококрем­нистых (> 6—8 % SiO₂) бокситов с кремниевым модулем менее 5—7 и из нефелиновых руд; способ пригоден также для пере­работки любого алюминиевого сырья.

Сущность способа заключается в получении твердых алю­минатов путем их спекания при высоких (~ 1300 °С) темпе­ратурах и в последующем выщелачивании полученного спека.

Получение глинозема из бокситов

Основные стадии этого процесса следующие.

Подготовка к спеканию. Боксит и известняк после дроб­ления измельчают в мельницах в среде оборотного содового раствора с добавкой свежей соды Na₂CO₃, получая пульпу с влажностью 40 %.

Спекание ведут в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром до 5 и длиной до 185 м. Температура в пе­чи повышается от 200—300 °С в месте подачи пульпы до ~ 1300 °С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO₂ + 2СаО = 2СаО • Si02. С содой реагирует также Fe₂O₃ боксита, образуя NaaO • Fe203. Эти химические соединения спекаются, образуя частично оплавленные куски — спек.

После обжиговой печи спек охлаждают в холодильниках, дробят до крупности 6—8 мм и направляют на выщелачивание.

Выщелачивание ведут горячей водой проточным методом в аппаратах различной конструкции: диффузорах (цилиндрических сосудах, куда порциями загружают и выгружают спек), в конвейерных выщелачивателях и др. Наиболее совершенными являются трубчатые выщелачиватели непрерывного действия (рис. 246). Загружаемый через бункер 1 в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными разгружателями 2 движется вниз и промывается встречным потоком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлагает также феррит натрия Na₂O • Fe₂O₃ и Fe₂O₃ выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатный раствор и красный шлам, содержащий Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, CaO. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляет в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150—170 °С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na₂O • Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы СаО • Al₂O₃ •2SiO₂ • 2H₂O). Из автоклавов выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка — белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения и фильтрации. Белый шлам идет в ших­ту для спекания, а раствор направляют на карбонизацию.

Карбонизацию проводят с целью выделения алюминия в осадок Al₂O₃ • 3Н₂O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или цилиндроконической формы объемом до 800 м 3 пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10—14 % СO₂. Газы перемешивают раствор, а СO₂ разлагает алюминат натрия: Na₂O • Al₂O₃ + СO₂ + 3Н₂O = Al₂O₃ • 3Н₂O + Na₂CO₃ и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al₂O₃ • 3Н₂O от раствора и кальцинацию — обезвоживание гидроксида алюминия прокали­ванием в трубчатых печах с получением глинозема Al₂O₃.

Примерный расход материалов на получение 1 т глино­зема, т: боксита 3,2—3,6; известняка 1,35; извести 0,025; кальцинированной соды 0,19; условного топлива 1,1—1,2; электроэнергии ~ 800 кВт • т.

Получение глинозема из нефелинов

Нефелиновый концент­рат или руду и известняк после дробления размалывают в водной среде, получая пульпу для спекания. В связи с наличием в составе нефелина щелочей не требуется добавок в шихту соды.

Спекание производят в отапливаемых трубчатых вращаю­щихся печах диаметром 3—5 и длинрй до 190 м; пульпу зали­вают в печь со стороны выхода газов, где температура рав­на 200—300 °С, а в разгрузочном конце она достигает 1300 °С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na₂O и К₂O обеспечивают перевод глинозема в водораствори­мые алюминаты, а СаО связывает кремнезем в малораствори­мый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят.

Выщелачивание нефелинового спека совмещают с его раз­молом и проводят в шаровых или стержневых мельницах в среде горячей воды со щелочным раствором, получаемым пос­ле карбонизации. В процессе выщелачивания алюминаты раст­воряются в воде и остается известково-кремнистый шлам (называемый белитовым), который идет на производство це­мента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течение 1,5—2 ч при температуре 150—170 °С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок (белый шлам) идет в шихту для спекания.

Алюминатный раствор после первой стадии обескремнивания делят на две части. Одну часть далее подвергают кар­бонизации (так, как при переработке бокситов) с последую­щей декомпозицией, после чего получают в осадке гидроок­сид алюмния и содощелочной раствор, идущий на выщелачива­ние спека.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 °С в течение 1,5—2 ч. При этом в осадок выпадает известково­силикатный шлам и обеспечивается глубокое обескремнивание алюминатного раствора. Затем этот раствор подвергают кальцинации, получая в осадке гидроксид алюминия и глубо­ко обескремненный содовый раствор, из которого далее в содовом цехе получают поташ (К₂СО₃) и кальцинированную соду (Na₂СO₃); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация. Гидрооксид алюминия после обеих ветвей переработки алюминатного раствора подвергают промывке и фильтрации и затем направляют на кальцинацию (обезвожива­ние), которую проводят так же, как в способе Байера, по­лучая глинозем.

Примерный расход материалов на получение 1 т глинозема из нефелинов, т: нефелина 4; известняка 7; извести 0,1; условного топлива 1,5; электроэнергии ~ 1000 кВт • ч. При этом получают около 1 т содопродуктов и до 10 т цемента.

Источник

Глинозем

Глинозем наименования Аl₂O₃ – это основное исходное вещество, используемое в производстве чистого алюминия. В большинстве случаев именно бокситы выступают в качестве рудной базы при создании глинозема, также применяют камень нефелин и иные содержащие глинозем руды.

Первая разновидность данного вещества – это глинозем в виде безводного Al₂O₃ (плотность которого составляет четыре грамма на один см 3 ). Это негигроскопичный вид глинозема. Зёрна имеют шершавый верхний слой, благодаря чему глинозем имеет низкую степень сыпучести и высокий уровень абразивности.

Средняя плотность глинозема составляет 3,7 грамм на один см 3 . Такая вариация вещества более гистрокопична (имеет рыхлую, сыпучую структуру). Зёрна обладают высокой степенью химической активности и развитой поверхностью. Это текучий глинозем со слабым соединением зёрен. Постепенно повышается температуру и время проведения кальцинации – тогда зёрна глинозема становятся более плотными, кристаллические промежутки уменьшаются. Таким образом, глинозем переходит в иную модификацию.

На что стоит ориентироваться при выборе глинозема, от чего зависит качество глинозема?

К качеству рассматриваемого вещества предъявляется большое количество обязательных требований, вот лишь некоторые из них:

1. Увеличенная скорость растворения вещества в электролите и достаточная поглощающая глинозема по сравнению с летучими соединениями, в основе которых содержится фтор;

2. Достаточная степень текучести даже при слабом пылении;

3. Необходимые теплофизические характеристики. Если глинозем используют в промышленных или иных технических целях, то стремятся к совершенному, гармоничному сочетанию вышеназванных характеристик в отдельно взятой разновидности глинозема.

Содержание частиц менее 45 мкм, %

Средний размер частиц, мкм

Угол естественного откоса, град

Удельная поверхность по БЭТ, м 2 /г

1. Пылевидная;
2. С низкой степенью кальцинации;
3. Песчаная.

Вторая разновидность вещества создается для ряда российских фабрик, для использования глинозема в установках «сухой» чистки газов.

Такие параметры достигаются с помощью обильного содержания частиц Аl₂O₃ с развитой ультрапористой структурой в глиноземе, которые обладают большой удельной поверхностью (до 80 мг/г.), благодаря использованию технологии адсорбции гелия, а также высокой степени концентрации состава вещества не уравновешенными химическими соединениями. По-своему хим. составу вещество напоминает фтор, именно поэтому он обладают хорошей растворимостью в электролите.
Схожесть химических связей глинозема с фтором видна и в гармоничном, результативном определении фтористых соединении в «сухой» чистке газов. Одним из важнейших свойств глинозема считается способность к образованию устойчивой корки на поверхности электролитов.

Легкая, упругая корка с отличным соединением частиц получается при применении вещества с вышеназванными отличительными свойства: наличие α — Аl₂O₃ и класса до 45 миллиметров, обозначенные выше песчаного глинозема.
Данная корка содержит немного электролита и достаточное количество глинозема и лучше поддается распаду при отделке аппарата для электролиза и механических ударов пробойника АПГ, чем корки, которые формируются при применении пылевидного глинозема. Стоит обратить внимание, что упругая корка появляется только в тех случаях, если глинозем достаточно смочен электролитом. Пылевидный глинозем лучше смачивается, чем песчаный, поэтому его корка представляет собой застывшей электролит, поверх которого располагается глинозем. Это очень прочная корка.

Такие свойства как: теплопроводность и объемная плотность вещества также имеют огромное значение в температурном равновесии электролизёра, в частности в урегулировании потерь тепла через засыпку глинозема или ликвидация анодных масс у специальных аппаратов для электролиза (поддерживается стабильный уровень электролита и защита от окисления боковых частей поверхности анода).

Такое свойство глинозема, как текучесть, основывается на механическом составе вещества и наличия в материале α — Аl₂O₃. Вещество с достаточной степенью текучестью – это глинозем с низким уровнем прокалки. Такой глинозем обладает крупными зёрнами (от сорока пяти мкм) и высоким уровнем схожести механического состава, а также наклоном натурального откоса в 30-40 градусов. Но большей степенью текучести обладает именно песочный глинозем, в состав которого входит часть вещества до 45 мкм, до 10 процентов Аl₂O₃ и наклон естественного откоса до 35 градусов.

Рассматриваемое вещество с низким уровнем текучести и наклоном естественного откоса до 45 градусов превращаются в сгустки или комки при взаимодействии с электролитом. Получившиеся сгустки затягиваются электролитом и, обладая значительным удельным весом, опускаются через ограду металла-электролита с образованием осадка. Помимо этого, глиноземы с низкой степенью текучести при передвижении анода остаются на аппаратах для электролиза, создавая пустоты. По этим пустотам воздушные массы попадают в боковые части анода, окисляя их. Но высокая степень текучести может препятствовать созданию укрытия анодов, данный показатель очень важен для электролизёров с обожжёнными электродами.
Утечка глинозема путем ликвидации вместе с анодными газами (в форме пылевых остатков) напрямую зависит от механического состава гранул вещества (состава фракции не менее 10 мкм), а также от способа обработки электролизёров, настройки автоматической подачи глинозема и количества анодных эффектов. Общая сумма утечки пылевидного глинозема приблизительно равняется двадцати кг/т Al.

Глинозем, применяемый для создания алюминия, содержит наименьшее количество соединений различных тяжелых металлов, железа и кремния с минимальной степенью выделения на катоде по сравнению с алюминием. Это достигается за счет простоты восстановления вещества в катодный алюминий.

Также негативно влияет избыток оксидов щелочных соединений металла, так как они взаимодействуют с фтористым алюминием электролита, разъединяют его, нарушая необходимое криолитовое отношение.

Чтобы восстановить криолитовое отношение необходимо скорректировать электролит при помощи фтористого алюминия (увеличивает стоимости чистого алюминия). Если в глиноземе содержится оксид натрия от 0,3 % при взаимодействии с кислыми электролитами происходит наработка необходимой части электролита, его стоит своевременно выливать из ванны.

Данная формула с подобными коэффициентами по составу вещества, времени эксплуатации электролизёра и температуры электролита применяется в различных методиках расчета дозы фтористого алюминия, необходимой для корректировки. Например, m = 10 тысяч кг, С = 0,9, криолитового отношение 2,4, целевое криолитовое отношение 2,35. Для корректировки нужно 106 килограмм фтористого алюминия.

Из всего вышесказанного следует, что:

1. Достойные характеристик наблюдаются у вещества с наличием Аl₂O₃ до десяти процентов с механическим составов от 85 мкм и наклоном естественного откоса до 35 градусов. При этом удельная поверхность должна быть не меньше 60 м 2 /г, а утечка не должна составлять более 0,8 процентов.
2. Все требования, которым должен соответствовать глинозем, указаны в таблице 2 и соответствуют ГОСТу.

Источник

Производство алюминия

Несмотря на то, что алюминий самый распространенный металл на нашей планете, в чистом виде на Земле его не встретить. Из-за высокой химической активности атомы алюминия легко образуют соединения с другими веществами. При этом «крылатый металл» нельзя получить плавлением руды в печи, как это происходит, например, с железом. Процесс получения алюминия значительно сложнее и основан на использовании электричества огромной мощности. Поэтому алюминиевые заводы всегда строятся рядом с крупными источниками электроэнергии – чаще всего гидроэлектростанциями, не загрязняющими окружающую среду. Но обо всем по порядку.

«В природе ничто не возникает мгновенно и ничто не появляется в свете в совершенно готовом виде».

Александр Герцен
русский публицист, писатель

Производство металла делится на три основных этапа: добыча бокситов – алюминийсодержащей руды, их переработка в глинозем – оксид алюминия, и, наконец, получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока. Из 4-5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия.

В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.

Запасы бокситов
Общие мировые подтвержденные запасы бокситов оцениваются в 18,6 миллиардов тонн. При нынешнем уровне добычи это обеспечивает потребность в алюминий больше, чем на сто лет.

Бокситы могут сильно отличаться друг от друга. По структуре они бывают твердые и плотные либо рыхлые и рассыпчатые. По цвету – как правило, кирпично-красные, рыжеватые или коричневые из-за примеси оксида железа. При небольшом содержании железа бокситы имеют белый или серый цвет. Но иногда встречаются руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.

Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов – из них 73% приходится на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. В Гвинее бокситов больше всего – 5,3 миллиарда тонн (28,4%), при этом они высокого качества, содержат минимальное количество примесей и залегают практически на поверхности.

Чаще всего добыча бокситов ведется открытым способом – специальной техникой руду «срезают» слой за слоем с поверхности земли и транспортируют для дальнейшей переработки. Однако в мире есть места, где алюминиевая руда залегает очень глубоко, и для ее добычи приходится строить шахты – одна из самых глубоких шахт в мире «Черемуховская-Глубокая» находится в России, на Урале, ее глубина – 1550 метров.

Метод Байера основан на следующем: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щёлочи, NaOH) высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Посторонние, входящие в состав боксита (так называемый балласт), не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт легко может быть отделен – он называется красный шлам.

Это густая масса красно-бурого цвета, состоящая из соединений кремния, железа, титана и других элементов. Его складируют на тщательно изолированных территориях – шламохранилищах. Их обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щёлочи не проникали в грунтовые воды. Как только хранилище отрабатывает свой потенциал, территорию можно вернуть в первоначальный вид, покрыв её песком, золой или дёрном и посадив определённые виды деревьев и трав. На полное восстановление могут уйти годы, но в итоге местность возвращается в изначальное состояние.

Многие специалисты не считают красный шлам отходом, так как он может служить сырьем для переработки. Например, из него извлекают скандий для дальнейшего производства алюминиево-скандиевых сплавов. Скандий придает таким сплавом особую прочность, сферы использования – автомобиле- и ракетостроение, спортивная экипировка, производство электропроводов.

Также красный шлам может использоваться для производства чугуна, бетона, получения редкоземельных металлов.

Крупные частицы гидроксида алюминия легко отделяются от раствора фильтрованием, их промывают водой, высушивают и кальцинируют – то есть нагревают для удаления воды. Так получают глинозем.

Нефелин
Бокситы – самое распространенное, но не единственное сырье для производства глинозема. Его также можно получить из нефелина. В природе он встречается в виде апатито-нефелиновых пород (апатит – материал из группы фосфорнокислых солей кальция). В процессе производства глинозема из нефелина также получают сода, поташ (используется в строительном секторе, производстве бытовой химии, кондитерской промышленности и так далее), редкий металл галлий. А из отходов производства – белого шлама – высококачественный цемент. Чтобы получить 1 тонну глинозема в среднем требуется 4 тонны нефелина и 7,5 тонн известняка.

У глинозема нет срока годности, но хранить его непросто, так как при малейшей он возможности активно впитывает влагу – поэтому производители предпочитают как можно быстрее отправлять его на алюминиевое производство. Сначала глинозем складывают в штабели весом до 30 тысяч тонн – получается своеобразный слоеный пирог высотой до 10-12 метров. Потом пирог «нарезают» и грузят для отправки в железнодорожные вагоны – в среднем, в один вагон от 60 до 75 тонн (зависит от вида самого вагона).

Ивиттуут
Одно из единичных месторождений природного криолита на Земле. Расположено в Гренландии и было обнаружено в 1799 году. Добыча криолита прекратилась там в 1987 году, когда был изобретен способ искусственного получения этого редкого минерала. Позднее криолит был найден в Ильменских горах на Южном Урале (Миасс) и в штате Колорадо (США).

Глинозем выступает непосредственным источником металла в процессе производства алюминия. Но для создания среды, в которой этот процесс будет происходить, необходим еще один компонент – криолит.

Это редкий минерал из группы природных фторидов состава Na3AlF6. Обычно он образует бесцветные, белые или дымчато-серые кристаллические скопления со стеклянным блеском, иногда – почти черные или красновато-коричневые. Криолит хрупкий и легко плавится.

Природных месторождений этого минерала крайне мало, поэтому в промышленности используется искусственный криолит. В современной металлургии его получают взаимодействием плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.

Итак, мы добыли боксит, получили из него глинозем, запаслись криолитом. Все готово для последней стадии – электролизу алюминия. Электролизный цех является сердцем алюминиевого завода и не похож на цеха других металлургических предприятий, производящих, например, чугун или сталь. Он состоит из нескольких прямоугольных корпусов, протяженность которых зачастую превышает 1 км. Внутри рядами установлены сотни электролизных ванн, последовательно подключенных массивными проводами к электричеству. Постоянное напряжение на электродах каждой ванны находится в диапазоне всего 4-6 вольт, в то время как сила тока составляет 300 кА, 400 кА и более. Именно электрический ток является здесь главной производственной силой – людей в этом цехе крайне мало, все процессы механизированы.

Ток для производства алюминия

Для запуска двигателя автомобильный аккумулятор должен обеспечить электрический ток в 300-350 А в течение 30 секунд. То есть в 1000 раз меньше, чем нужно одному электролизеру для постоянной работы.

В каждой ванне происходит процесс электролиза алюминия. Емкость ванны заполняется расплавленным криолитом, который создает электролитическую (токопроводящую) среду при температуре 950°С. Роль катода выполняет дно ванны, а анода – погружаемые в криолит угольные блоки длиной около 1,5 метров и шириной 0,5 метра, со стороны они выглядят как впечатляющих размеров молот.

Каждые полчаса при помощи автоматической системы подачи глинозема в ванну загружается новая порция сырья. Под воздействием электрического тока связь между алюминием и кислородом разрывается – алюминий осаждается на дне ванны, образуя слой в 10-15 см, а кислород соединяется с углеродом, входящим в состав анодных блоков, и образует углекислый газ.

Примерно раз в 2-4 суток алюминий извлекают из ванны при помощи вакуумных ковшей. В застывшей на поверхности ванны корке электролита пробивают отверстие, в которое опускают трубу. Жидкий алюминий по ней засасывается в ковш, из которого предварительно откачан воздух. В среднем, из одной ванны откачивается около 1 тонны металла, а в один ковш вмещается около 4 тонн расплавленного алюминия. Далее этот ковш отправляется в литейное производство.

При производстве каждой тонны алюминия выделяется 280 000 м 3 газов. Поэтому каждый электролизер независимо от его конструкции оснащен системой газосбора, которая улавливает выделяющиеся при электролизе газы и направляет их в систему газоочистки. Современные «сухие» системы газоочистки для улавливания вредных фтористых соединений используют ни что иное, а глинозем. Поэтому перед тем как использоваться для производства алюминия, глинозем на самом деле сначала участвует в очистке газов, которые образовались в процессе производства металла ранее. Вот такой замкнутый цикл.

Для процесса электролиза алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые и не загрязняющие окружающую среду источники этой энергии. Чаще всего для этого используются гидроэлектростанции – они обладают достаточной мощностью и не имеют выбросов в атмосферу. Например, в России 95% алюминиевого мощностей обеспечены гидрогенерацией. Однако есть в места в мире, где угольная генерация пока доминирует – в частности, в Китае на нее приходится 93% производства алюминия. В результате для производства 1 тонны алюминия с использованием гидрогенерации в атмосферу выделяется чуть более 4 тонн углекислого газа, а при использовании угольной генерации – в пять раз больше – 21,6 тонны.

Для сравнения — за один солнечный день 1 гектар леса поглощает из воздуха 120-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода.

Источник