1

1. Общая характеристика современного производства алюминия и место производства глинозема в металлургии алюминия.

К настоящему времени в мировой практике для производства глинозема используют бокситы, нефелины и алуниты. Более низкокачественное сырье: каолины, глины, аргиллиты, щелочные алюмосиликаты, золы углей, сланцы и др. предполагается использовать в ближайшей перспективе.

Для этих видов сырья разработаны технологические схемы, основанные на щелочных, кислотных и комбинированных кислотно-щелочных способах. В настоящее время практически весь глинозем получают щелочными способами, которые в свою очередь можно подразделить на гидрохимические, термические и комбинированные щелочные.

Технологический процесс получения алюминия состоит из трех основных стадий: Получение глинозема (Al2O3) из алюминиевых руд; Получение алюминия из глинозема; Рафинирование алюминия.

Производство алюминия начинается с производства глинозёма. Глинозём – Al2O3 белое кристаллическое вещество. Известен в виде двух модификаций альфа (корунд) и гамма глинозёма.

Промышленные щелочные способы производства глинозема из бокситов, нефелинов и алунитов подразделяют на:1)гидрохимический (способ Байера);2)способ спекания;3)комбинированный способ – сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном варианте.

Для нефелиновых руд применяется только способ спекания с известняком или с известняком и содой. Выбор же способа переработки бокситов определяется следующими основными факторами: кремниевым модулем; содержанием Fe₂O₃; содержанием вредных примесей: карбонатов, сульфидов и органических веществ; минералогическими составами сырья.

При прочих благоприятных условиях бокситы с кремниевым модулем более 7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремниевым модулем менее 7 и с умеренным содержанием окиси железа (не более 20%) по последовательному варианту комбинированным способом. Байер-спекание и, наконец, бокситы с модулем менее 7, но с повышенным содержанием Fe₂O₃ – по способу спекания. Под благоприятными условиями имеется в виду малое содержание в бокситах карбонатов и сульфидов (особенно FeCO₃ и FeS₂). Из-за повышенного содержания этих примесей может оказаться невыгодным способ Байера для бокситов с кремневым модулем более 7, вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалентным железом.

Способ Байера – самый дешевый и самый распространенный, однако, для его существования требуются высококачественные бокситы. Способ спекания – наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью.

Способ Байера основан на свойствах алюминатных растворов находиться в устойчивом состоянии при повышенных температурах и концентрациях и на самопроизвольном их разложении (гидролизе) с выделением в осадок гидроокиси алюминия при понижении температуры и концентрации.

Способ спекания применяют для получения глинозема из высококремнистых 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.

Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух стадий. Первая - это получение глинозема (Al2O3) из рудного сырья и вторая — получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.

Способы получения алюминия на современном производстве состоит из следующих операций. Вначале бокситная (оксида алюминия) или каолиновая глина поступает на глиноземный завод, на котором из нее химическим способом удаляют примеси, а затем обжигают, чтобы удалить воду. Очищенный глинозем (оксиды алюминия) представляет собой белый сухой порошок. В таком виде его отправляют на алюминиевый завод, где в него добавляют креолит — минерал, снижающий температуру плавления и увеличивающий электропроводность. Смесь помещают в электролизную ванну и нагревают до 900— 1000°С. В процессе электролиза положительно заряженные частицы алюминия осаждаются на катодах. Полученный металл называется первичным алюминием; он содержит незначительное количество различных примесей, основными из которых являются железо и кремний. Первичный алюминий вновь расплавляют и вновь подвергают электролизу. Этот процесс называется рафинированием. Рафинированный металл состоит на 99,99% из алюминия.

В настоящее время алюминий применяется в виде сплавов и добавок для других сплавов, в стекловарении (оксид алюминия, фосфат, фторид). Распространен в пищевой промышленности (пищевая добавка E173 не что иное, как алюминий), алюминий применяют для военной техники (при производстве ракетного горючего алюминий высокоэффективен и необходим), а также во многих других сферах жизнедеятельности человека.

Производства алюминия – это сложный технологический процесс, состоящий их трех основных фаз: добыча сырья (бокситы, алуниты, нефелины), химическая обработка руды и непосредственное производство алюминия. Алюминий получают электролитическим методом, соответственно, сам процесс производства, помимо того что значительно трудоемок еще и очень энергозатратный.