Hliník, výroba hliníka: technológie, procesov a opis

Hliník má mnoho funkcií, ktoré je jedným z najpoužívanejších materiálov na svete robiť. To je široko rozšírené v prírode, pričom prvé miesto medzi kovmi. Mohlo by sa zdať, že ťažkosti s jeho výrobou by nemala byť. Ale vysoká chemická aktivita kovov vedie k tomu, že nesplnil, a produkovať čistý - je to ťažké, nákladné a energeticky náročné.

Suroviny na výrobu

Z ktorých suroviny sú z hliníka? výroba hliníka všetkých minerálnych látok, ktoré ho obsahujú, nákladné a neekonomické. Extrahovať z bauxitu, ktoré obsahujú až 50% oxidov hliníka a je uložený priamo na povrchu zeme veľké masy.

Tieto hliníkové rudy majú pomerne zložité chemické zloženie. Obsahujú oxid hlinitý v množstve 30-70% hmotnosti, kyseliny kremičitej, ktorá môže byť až 20% oxidu železa v rozsahu od 2 do 50%, titánu (až 10%).

Oxid hlinitý, oxid hlinitý, a to sa skladá z hydroxidov, korundu a kaolinitu.

V poslednej dobe oxid hlinitý pripravený z oceľových nephelines, ktoré obsahujú tiež sodný, oxid draselný, oxid kremičitý, a alunite.

Pri výrobe 1 tony čistého hliníka je potrebné približne dvoch ton oxidu hlinitého, ktorý, podľa poradia, pripravené z približne 4,5 ton bauxitu.

bauxit

Obmedzené zásoby bauxitu na svete. Na celom svete vo všetkých siedmich okresoch s bohatou vkladov. To Guinea v Afrike, Brazílii, Venezuele a Surinam v Južnej Amerike, na Jamajke, Karibiku, Austrálii, Indii, Číne, Grécku a Turecku do Stredomoria a Rusku.

V krajinách, kde sú bohaté náleziská bauxitu, môžu byť vyvinuté a výroba hliníka. Ruskí bauxit bane na Urale, Altaj a Krasnojarsk územiach, v jednej z okresoch Leningradskej oblasti, nefelinický - na polostrove Kola.

Najbohatší ložiská vo vlastníctve UC Rusal je ruská akciová spoločnosť. To je nasledované gigantov Rio Tinto (Austrália, Anglicko), sa spojila s kanadskou Alcan a CVRD. Na štvrtom mieste je spoločnosť Chalco z Číny, potom americko-austrálsky právnických spoločnosti Alcoa, ktoré sú zároveň najväčšími producentmi hliníka.

pôvod výroby

Dánsky fyzik Oersted pridelené prvý hliníka vo voľnej forme v roku 1825. Chemická reakcia prebehla s chloridom hlinitým a amalgámu draslíka, miesto ktorých dva roky neskôr nemecký chemik Wöhler pomocou kovového draslíka.

Draslík - drahý materiál, avšak v priemyselnej výrobe hliníka Francúza St. Clair Deville 1854 namiesto godu sodnodraselného použitom prvok je podstatne lacnejšie, a dvakrát odolný chlorid hlinitý a sodný.

Ruský vedec NN Beketov mohla vytlačiť hliníka z roztavenej kryolitu horčíka. V neskorých osemdesiatych rokoch toho istého storočia chemická reakcia používaný Nemci na prvý vysokej pece hliníka. V druhej polovici bol získaný chemickou XVIII storočia znamená asi 20 ton čistého kovu. Bolo to veľmi drahé hliníka.

Výroba hliníka elektrolýzou vznikol v roku 1886, kedy obaja boli takmer identické podaných patentových prihlášok tejto metódy zakladateľov amerického vedca od radnice a proces Francúz Heroult. Sú k dispozícii pre rozpustenie oxidu hlinitého v roztavenom kryolitu a elektrolýzy k získaniu hliníka.

S tým začal odvetví hliníka, ktorá sa stala po viac ako sto rokov jedným z najväčších priemyselných odvetví.

Hlavné fázy výrobné technológie

Všeobecne platí, že výroba hliníka technológie odvtedy nezmenila stvorenia.

Tento postup sa skladá z troch fáz. Na prvý hliníkové rudy alebo bauxitom, či nephelines získaný oxid hlinitý - oxid hlinitý AI _{2O 3.}

Potom, z priemyselnej hydroxid hlinitý sa izoluje s čistotou 99,5%, čo je nedostatočné pre niektoré účely.

Preto sa v poslednej fáze je rafinovaný hliník. výroba hliníka sa dokončila upratovanie 99,99%.

získanie oxidu hlinitého

Existujú tri spôsoby, ako získať oxidu hlinitého z rúd:

- kyselina;

- elektrolytické;

- alkalický.

Druhá metóda - najbežnejšie, vyvinutý späť v rovnakom XVIII storočia, ale od tej doby bol niekoľkokrát prepracovaný a výrazne zlepšili, sa používa pre spracovanie vysoko kvalitného bauxitu. Získa sa tak asi 85% oxidu hlinitého.

Podstata alkalický spôsob je, že hliník riešenie rozkladať pri vysokej rýchlosti, ak sú zavedené do hydroxid hlinitý. Zvyšný roztok sa odparí po reakcii pri vysokej teplote asi 170 ° C a znovu použiť pre rozpustenie oxidu hlinitého;

Prvý Bauxit rozdrví a rozomelie v mlynoch s lúhu vápna a potom sa v autokláve pri teplotách až do 250 ° C, rozklad jeho chemické a sodné hlinitany je vytvorený, ktorá sa zriedi alkalickým roztokom už pri nižšej teplote - 100 ° C, celý roztok hlinitany sa premyje špeciálna zahusťovadlá, oddelené od kalu. Potom je tu jej degradácii. Roztok bol čerpaný cez filtre v nádobe s miešadlom za stáleho miešania bolo zloženie, do ktorej bolo pridané semeno do pevného hydroxidu hlinitého.

Tieto hydrocyklón a vákuové filtre pridelené hydroxid hlinitý, ktorého časť sa vracia ako semien a časť ide do kalcinácii. Filtrát zostávajúce po oddelení hydroxidu, tiež vráti na obrat pre ďalšie šarže vylúhovanie bauxitu.

Kalcinácia proces (dehydratácia) hydroxidu v rotačnej peci pri teplotách až do 1300 ° C,

Za dve tony oxidu hlinitého spotrebováva 8,4 kWh elektrickej energie.

Silná chemická zlúčenina, ktorej teplota tavenia je 2050 ° C, nie je to hliník. Hliník výroba dopredu.

Elektrolýza oxidu hlinitého

Hlavné zariadenie na elektrolýzu je špeciálny kúpeľa, lemovaná uhlíkových blokov. K jej elektrickým prúdom. Uhlíkové anódy sa ponorí kúpeľ sa spaľuje v prideľovaní čistým kyslíkom a tvorí oxidy ulgleroda uhoľnatého a uhličitého. Kúpele alebo elektrilizery ako sa nazývajú odborníci, sú zahrnuté v elektrickom obvode v sérii, vytváranie sérií. Intenzita prúdu je v tomto prípade 150.000amper.

Anódy môžu byť dvoch typov: uhoľné z veľkých blokov, ktorého hmotnosť môže byť väčšia ako Soderberg ton a pozostávajúce z uhoľných brikiet v hliníkový plášť, ktoré sú spekaných počas elektrolýzy pri vysokých teplotách.

Nástroje napätie článku je typicky okolo 5 voltov. Berie do úvahy napätie potrebné pre rozklad oxidu a nevyhnutné straty v rozvetvenej sieti.

Z rozpustí v kryolit na báze roztaveného oxidu hlinitého roztaveného kovu, ktorý je ťažší ako elektrolytické soli sa uloží na báze uhlia kúpeli. Pravidelne evakuovaných.

výroba hliníka proces vyžaduje veľkú spotrebu elektrickej energie. Na získanie jednej tony hliníka z oxidu hlinitého, je potrebné vynaložiť asi 13.500 kWh elektriny DC. Preto je ďalšou podmienkou pre vytvorenie veľkých priemyselných centier je pracovať po boku mocného elektrárne.

rafinácia hliníka

Najviac dobre známy spôsob - trojvrstvový elektrolýza. Rovnako prebieha pri elektrolýze kúpeľoch s uhlia ohnisku lemované magnezitu. Anóda v samotnom procese slúži ako roztavený kov, ktorý je vyčistené. Je umiestnený v spodnej vrstve na vodivom krbu. Čistého hliníka, ktorý sa rozpúšťa v elektrolytu z anódy vrstvy, rozumie sa, a slúži ako katóda. Prúd je k nemu pomocou grafitovej elektródy dodávaný.

Elektrolyt v medziľahlej vrstve - je fluorid hlinitý alebo čistý, alebo s pridaním chloridu sodného a bária. Zmes sa zahrieva na teplotu 800 ° C.

Spotreba energie v priebehu rafinácie trojvrstvové 20 kWh na kg kovu, napríklad takého, ton potrebujú 20000 kW * h. To je dôvod, prečo ako žiadna produkcia z kovu, hliníka vyžaduje nielen zdroj elektrickej energie a veľkú elektráreň v okolí.

Rafinovaný hliníka vo veľmi malých množstvách obsahuje železo, kremík, meď, zinok, titán a horčík.

Po rafináciu hliníka je spracovaný do predajných produktov. Táto ingot a drôt, a list, a ingoty.

segregácia výrobky získané rafináciou, v časti, vo forme pevnej zrazeniny, sa používa pre dezoxidace, a prebiehajú čiastočne vo forme soli alkalického roztoku.

Úplne čistého hliníka sa vyrába v následnom topenia zóna kovu v inertnom plyne alebo vo vákuu. Pozoruhodné je jeho vysoká vodivosť pri kryogénnych teplotách.

Recyklácia druhotných surovín

Štvrtina z celkového dopytu po hliníku sa stretol recyklácie surovín. Produktov recyklovateľné toky liace formy.

Pre-roztavenej suroviny zoradené v prahové peci. V ňom sú kovy, ktoré majú vyššiu teplotu topenia ako hliník, napríklad, niklu a železa. Vzhľadom k tomu, roztavený hliník s chlórom alebo prúdom dusíka odstráni rôzne nekovových inklúzií.

Ďalšie taviteľné kovové nečistoty sa odstránia prímesi, horčík, zinok, alebo ortuť a evakuáciu. chlóru horečnatý sa odstráni z taveniny.

Vopred stanovený zliatina získať zavedením prísady, ktoré sú určené na zloženie roztaveného hliníka.

výrobe hliníka centier

Čo sa týka Číny spotreby hliníka umiestnila na prvom mieste, odchádzajúci ďaleko za sebou na druhom mieste sú USA a majiteľ tretie miesto Nemecko.

Čína - krajiny a výroba hliníka, s veľkým náskokom na čele v tejto oblasti.

V prvej desiatke, s výnimkou Číny, sú Rusko, Kanada, Spojené arabské emiráty, India, USA, Austrália, Nórsko, Brazílii a Bahrajne.

Ruský monopolný pri výrobe oxidu hlinitého a hliníka je kombinovaná spoločnosť RUSAL. Vyrába až 4 milióny ton hliníka ročne a vyváža svoje výrobky do sedemdesiatich krajín a je prítomná na piatich kontinentoch v sedemnástich krajinách.

Americká spoločnosť Alcoa vlastní dve huty v Rusku.

Najväčší producent hliníka v Číne - spoločnosť Chalco. Na rozdiel od zahraničných konkurentov, všetky svoje aktíva sú sústredené do vlasti.

Hydro Aluminium divíziou nórskej spoločnosti Norsk Hydro vlastné hliníkových hút v Nórsku, Nemecku, slovenský, Kanade a Austrálii.

Austrálčan BHP Billiton vlastnú výrobu hliníka v Austrálii, Južnej Afrike a Južnej Amerike.

Bahrajn je Alba (hliník Bahrajn BSC) - možná produkcia najviac vo veľkom meradle. Hliník výrobca, ktorý trvá viac ako 2% z celkového objemu "okrídlené" vyrobeného kovu na svete.

Aby som to zhrnul, môžeme povedať, že hlavní výrobcovia hliníka sú medzinárodné spoločnosti s zásob bauxitu. A jediný proces spotrebou energie sa skladá zo získania oxidu hlinitého z hliníka rudy výrobných fluoridy, ktoré zahŕňajú kryolit, oxid anódového pasty a oxidu anódu, katódu, poťahové materiály, a riadne elektrolytická výroba čistého kovu, ktorý je hlavnou zložkou hliníka a ocele.