אלומיניום, ייצור אלומיניום: טכנולוגיה, תהליך ותיאור

יש אלומיניום הרבה תכונות שהופכות אותו לאחד החומרים הנפוצים ביותר בעולם. זה מופץ באופן נרחב בטבע, לוקח את המקום הראשון בקרב מתכות. נראה כי הקשיים עם הייצור שלה לא צריכים להיות. אבל הפעילות הכימית הגבוהה של מתכות מובילה העובדה שהיא לא עמדה, ולהפיק טהורה - קשה, יקרה, עתירה אנרגיה.

חומרי גלם לייצור

מאיזה חומרי הגלם הם אלומיניום? ייצור אלומיניום של כל המינרלים המכילים אותו, יקר כלכלית. חלץ אותו מן בוקסיט, אשר מכיל עד 50% תחמוצות אלומיניום ו מופקד ישירות על פני השטח של מסות כדור הארץ גדולות.

אלה עפרות אלומיניום יש הרכב כימי מורכב למדי. הם מכילים אלומינה בסכום של 30-70% לפי משקל, silicas, אשר יכול להיות עד 20% של תחמוצת ברזל נע בין 2 ל -50%, טיטניום (עד 10%).

Aluminas, אלומינה זה מורכב והידרוקסידים, קורונדום ו קאוליניט.

לאחרונה אלומינה שהוכן nephelines פלדה המהווים גם נתרן, תחמוצת אשלגן, סיליקה, ו alunite.

עבור הייצור של 1 טון של אלומיניום טהור צריכים כשתי טונות של אלומינה, אשר, בתורו, שהוכנה כ 4.5 טון של בוקסיט.

בוקסיט

עתודות מוגבלות בוקסיט בעולם. ברחבי העולם בכל שבעת המחוזות, עם המרבצים העשירים שלה. זה גינאה באפריקה, ברזיל, ונצואלה סורינאם בדרום אמריקה, ג'מייקה, האיים הקאריביים, אוסטרליה, הודו, סין, יוון וטורקיה לים התיכון ורוסיה.

במדינות שבהן יש מרבצים עשירים של בוקסיט, ניתן לפתח את הייצור של אלומיניום. מכרות בוקסיט רוסית בהרי אורל, אלטאי ו קרסנויארסק בשטחים, באחד המחוזות של האזור לנינגרד, נפלין - על חצי האי קולה.

פיקדונות העשירים בבעלות UC רוסאל היא חברה המאוגדת רוסית. הוא ואחריו את הענקים ריו טינטו (אוסטרליה-אנגליה), התחבר Alcan של קנדה CVRD. במקום הרביעי חברת Chalco מסין, אז התאגיד-אוסטרלי ארה"ב אלקואה, אשר הוא גם מפיקי האלומיניום הגדולים.

מקורו של ייצור

פיזיקאי דני ארסטנד שהוקצה אלומיניום ראשון בצורה חופשית ב 1825. התגובה הכימית התרחשה עם כלוריד אלומיניום ו אמלגם אשלגן, במקום שבו כעבור שנתיים הכימאי הגרמני ולר באמצעות אשלגן מתכתי.

אשלגן - חומר יקר, אולם בייצור התעשייתי של סנט צרפתי אלומיניום קלייר דוויל 1854 במקום godu נתרן אשלגן המשמש, האלמנט הוא זול משמעותית, ו כלוריד אלומיניום עמיד כפול ונתרן.

מדען רוסי NN Beketov יכול לעקור את האלומיניום מ מגנזיום cryolite מותך. בשנות השמונים המאוחרות של אותה מאה התגובה הכימית בשימוש על ידי הגרמנים על smelter אלומיניום הראשונה. במחצית השנייה של המאה XVIII הושגה על ידי מרעיל על 20 טון מתכת טהורה. זה היה אלומיניום מאוד יקר.

הפקת האלומיניום ידי אלקטרוליזה שמקורה 1886, כאשר שניהם היו כמעט זהות בקשות פטנט שהוגשו של חוקר האמריקאי מייסדי שיטה זו על ידי הול והתהליך הצרפתי Heroult. הם הציעו לפרק אלומינה cryolite מותך ואז אלקטרוליזה להשיג אלומיניום.

עם זאת החלה תעשיית האלומיניום, אשר הפכה במשך יותר ממאה שנה לאחד הסניפים הגדולים ביותר של תעשייה.

השלבים העיקריים של טכנולוגיית הייצור

באופן כללי, טכנולוגיית ייצור אלומיניום לא השתנתה מאז הקמתה.

התהליך מורכב משלושה שלבים. על עפרות או בוקסיט אלומיניום ראשון אם הוא nephelines שהושג אלומינה - אלומיניום אוקסיד אל ₂ O _3.

ואז, מן הידרוקסיד אלומיניום תעשייתי מבודד עם טוהר של 99.5%, אשר אינה מספקת למטרות מסוימות.

לכן, בשלב האחרון הוא מעודן אלומיניום. ייצור אלומיניום הושלם הניקוי שלה כדי 99.99%.

אלומינה קבלה

ישנן שלוש דרכים להשיג אלומינה מ עפרות:

- חומצה;

- אלקטרוליטי;

- אלקליין.

השיטה השנייה - הנפוצה ביותר, שפותחה בחזרה באותה המאה XVIII, אבל מאז עודכנה שוב ושוב השתפרה משמעותי, משמשת לעיבוד של בוקסיט בדרגה גבוהה. לפיכך מתקבל על אלומינה 85%.

שיטת סיכום אלקלי היא שפתרונות אלומיניום מתפרקים במהירות גבוהה כאשר הם מוכנסים אלומיניום הידרוקסיד. הפתרון הנותר היה מתאדה לאחר התגובה בטמפרטורה גבוהה של כ 170 מעלות צלזיוס ושוב המשמשת פירוק אלומינה;

ראשית בוקסיט מרוסק ונטחן ב טחנות בסיד קאוסטית ולאחר מכן ב חיטוי בטמפרטורות עד 250 ° C, הפירוק של aluminate כימי נתרן שלה נוצר, אשר מדוללת בתמיסה אלקלית כבר בטמפרטורה נמוכה - 100 ° C כל פתרון aluminate שטופה מסמיכים מיוחדים, מופרד הבוצה. ואז יש השפלה שלה. פתרון נשאב באמצעות המסננים במכל עם בוחש עבור בחישה מתמדת בהרכב שלתוכו הזרע נוסף אלומיניום הידרוקסיד המוצק.

Hydrocyclones ומסנן ואקום שהוקצו אלומיניום הידרוקסיד, חלק מהן מוחזר כחומר הזרע, וחלק הולך שריפה. התסנין הנותרים לאחר ההפרדה של הידרוקסיד, גם חוזר אל המחזור עבור שטיפת אצווה הבאה של בוקסיט.

תהליך Calcination (התייבשות) הידרוקסיד בכבשן סיבובי בטמפרטורות עד 1300 ° C.

במשך שתי טונות של אלומינה נצרך 8.4 קוט"ש חשמל.

תרכובת כימית חזקה אשר טמפרטורת ההתכה היא C ° 2050, זה לא אלומיניום. ייצור אלומיניום קדימה.

אלקטרוליזה של אלומינה

הציוד העיקרי עבור אלקטרוליזה הוא אמבטיה מיוחדת, מצופה אבני פחמן. כדי השוקים החשמליים שלה. אנודות פחמן שקועים באמבטיה בשריפה בהקצאת פחמן חד ודו תחמוצת ulgleroda תחמוצות חמצן בצורה טהורה. אמבטיות או elektrilizery כפי שהם מומחים שנקראו, כלולים במעגל החשמלי בסדרה, ויצרו סדרה. עוצמת הזרם במקרה זה הוא 150 אלף אמפר.

אנודות יכול להיות משני סוגים: פחם ירה מגושים גדולים, שמסתו עשוי להיות גדול יותר טונות Söderberg ו המורכב של לבניות פחם ב נדן אלומיניום, אשר sintered במהלך אלקטרוליזה בטמפרטורות גבוהות.

מתח תא כלים הוא בדרך כלל סביב 5 וולט. זה לוקח בחשבון את המתח דרוש לפירוק של תחמוצת ואובדן בלתי נמנע ברשת מסועפת.

מ מומס cryolite מבוסס אלומינה מותך מתכת מותכת, אשר כבדה יותר מלח אלקטרוליט מופקד על אמבט בסיס פחם. מדי פעם הוא פינוי.

ייצור תהליך האלומיניום דורש צריכת חשמל גדולה. כדי לקבל צו כזה טון של אלומיניום אלומינה, יש צורך להשקיע כ 13,500 קוט"ש של DC חשמל. לכן, עוד תנאי ליצירת מרכזים תעשייתיים הגדולים הוא לעבוד לצד תחנת כוח חזק.

זיקוק אלומיניום

השיטה הידועה ביותר - A אלקטרוליזה תלת שכבתית. כמו כן מתקיים האמבטיות אלקטרוליזה עם אח פחם מצופה מגנזיום. האנודה בתהליך עצמו משמשת המתכת המותכת, שבו הוא ניקה. הוא ממוקם השכבה התחתונה שפורץ מוליך. אלומיניום טהור, אשר מתמוסס לתוך האלקטרוליט משכבת האנודה, הוא הבין עד ומשמש הקתודה. הזרם מסופק אליהם באמצעות אלקטרודה גרפיט.

האלקטרוליט בשכבת הביניים - הוא פלואוריד אלומיניום או טהור או עם תוספת של נתרן כלורי בריום. הבריכה מחוממת ל 800 ° C הטמפרטורה.

צריכת האנרגיה במהלך זיקוק תלת שכבתי הוא 20 קוט"ש לכל ק"ג של מתכת, למשל טון אחד צריך 20 אלף KW * h. לכן, כפי שאין ייצור של מתכת, אלומיניום דורש לא רק מקור החשמל, וכן תחנת כוח גדולה באזור.

האלומיניום המעודן בכמויות קטנות מאוד מכיל ברזל, סיליקון, נחושת, אבץ, טיטניום ומגנזיום.

לאחר הזיקוק, אלומיניום מעובד למוצרים מסחריים. מטיל זה ואת החוט, ואת סדין, מטילים.

מוצרי הפרדה מתקבל על ידי זיקוק, בין השאר, כמו משקע מוצק, משמש deoxidation, ולהרחיב באופן חלקי בדמות פתרון אלקלי.

בהחלט אלומיניום טהור מופק מתכת ההיתוך עוקבות אזור ב גז או ואקום אינרטי. תכונה ראויה לציון היא המוליכות הגבוהות שלה בקירור.

מיחזור של חומרים הניתנים למחזור

רבע מכלל הביקוש לאלומיניום מתקיים מחזור חומר גלם. מבין המוצרים למחזור זורם ליהוק עובש.

חומרי גלם טרום מומסים ממוינים בכבשן הסף. בחודש זה הן מתכות בעל נקודת התכה גבוהה יותר מאשר אלומיניום, למשל, ניקל וברזל. מכיוון האלומיניום המותך עם טיהור כלור או חנקן מסיר תכלילים מתכתיים שונים.

נוסף זיהומי מתכת בטנות יוסרו dopants מגנזיום, אבץ, או כספית פינוי. כלור מגנזיום יוסר להמיס.

סגסוגת הליהוק מראש מתקבלת על ידי החדרת תוספים אשר נקבעים על ידי הרכב של האלומיניום המותך.

מרכזי ייצור אלומיניום

במונחים של צריכת האלומיניום של סין מדורגת ראשונה, מותיר מאחוריו במקום השני נמצאים בארה"ב והבעלים של המקום השלישי גרמניה.

סין - מדינה ואת הייצור של אלומיניום, בהפרש גדול ביתרון בתחום זה.

בעשירייה הראשונה, למעט סין, הן רוסיה, קנדה, איחוד האמירויות, הודו, ארה"ב, אוסטרליה, נורבגיה, ברזיל ו בחריין.

המונופוליסט רוסית בייצור אלומינה אלומיניום משולב רוסאל חברה. זה מייצר עד 4 מיליון טונות של אלומיניום בשנה ומייצאת את מוצריה במדינות שבעים והוא מצוי על פני חמש יבשות ב שבע עשרה מדינות.

אלקואה חברה אמריקאית בבעלותה שני מפעלים מתכות ברוסיה.

יצרנית האלומיניום הגדולה בסין - החברה Chalco. בניגוד למתחרים זרים, כל נכסיה מרוכזים במדינה הביתה.

חטיבת אלומיניום הידרו של החברה הנורבגית Norsk Hydro מחזיקה smelters אלומיניום בנורבגיה, גרמניה, סלובקיה, קנדה, ואוסטרליה.

BHP Billiton האוסטרלית מחזיקה ייצור אלומיניום אוסטרליה, דרום אפריקה ודרום אמריקה.

בחריין היא אלבה (אלומיניום בחריין BSC) - אולי ייצור בקנה מידה גדול ביותר. יצרנית האלומיניום שלוקח יותר מ 2% מכלל נפח של מתכת "המכונף" המיוצר בעולם.

אז, לסכם, אנו יכולים לומר כי מפיקי האלומיניום העיקריים הן חברות בינלאומיות עם רזרבות של בוקסיט. והתהליך רק גוזל האנרגיה מורכב קבלת אלומינה מ ופלוארידים ייצור עפרות אלומיניום, הכוללים רסק האנודה cryolite, פחמן האנודה פחמן, קתודה, חומרי ריפוד, וכן ייצור אלקטרוליטי תקין של מתכת טהורה כי הוא המרכיב העיקרי של אלומיניום ופלדה.