1. Сырье для производства алюминия

При производстве алюминия электролитическим способом расход глинозема на производство 1 т алюминия составляет около 2 т, и поэтому он является основным сырьем.

Глинозем, используемый для производства алюминия, должен быстро растворяться в электролите, содержать минимально возможное количество оксидов железа, кремния и других более электроположительных, чем алюминий, элементов, так как, выделяясь на катоде вместе с алюминием, они ухудшают его качество.

Нежелательно присутствие в глиноземе оксидов ще­лочных и щелочноземельных металлов, поскольку они разлагают и изменяют состав электролита, что вызывает необходимость его корректировки.

Основными составляющими элект­ролитов являются криолит Na₃AlF₆ (3NaF-AlF3), A1F3 и А12О3. Кроме того, в электролит попадают вместе с сырьем или искусственно вносятся фториды кальция CaF2, магния MgF2, лития LiF и хлорид натрия NaCl.

Наиболее распространенный способ получения криолита из плавикового шпата — кислотный.

2. Теоретические основы производства алюминия

В процессе Холла-Эру, названного так в честь его изобретателей, алюминий про­изводится путем электролитического восстановления глинозема (Аl2О3), растворенного в расплавленном криолите (Na₃AlF₆). Металл выделяется на катоде, а кислород выделяется на углеродистом аноде, реагирует с ним и выделяется в виде диокси­да углерода (СО2). Таким образом, конечная реакция получения алю­миния может быть записана как:

2Al2O3 + 3C (тв) = 4Al (ж) + 3CO2 (газ)

Несмотря на то, что механизм электролитического процесса еще до конца не изучен, большинство специалистов соглашается с тем, что расплавленный криолит полностью диссоциирует на ионы натрия (Na+) и ионы гексафторида алюминия (AlF6). Последний, в свою очередь, частично диссоциирует на ионы тетрафторида алюминия (AIF4 ˉ) и ионы фтора (F ˉ). Ионы натрия переносят через электролит большую часть тока и разряжаются, на катоде, а натрий выделяется вместе с алюми­нием. Следовательно, катодная реакция, возможно, происходит с вы­делением ионов AIF6 и AIF4 ˉ

Анод­ный газ также содержит фтор, выделяющийся из расплава, который проходит через газоочистную систему и выбрасывается в атмосферу. Некоторые фториды в малых лимитированных количествах добавляют в электролит для снижения температуры расплава и увеличения эффективности электролитического процесса. Фторид алюминия (AlF3) является наиболее распространенной добавкой, и поэтому теперь практически все электролизеры работают на электролите, в котором фторид алюминия превышает его содержание в криолите. Расплавы всегда содержат некоторое количество фторида кальция (CaF2), который образуется в основном из оксида кальция (СаО), содержащегося глиноземе, но иногда фторид кальция (CaF2) специально добавляют в электролит.

Жидкий алю­миний через каждые 1-2 суток с помощью сифона извлекают из элек­тролизера в футерованный ковш, взвешивают и направляют его в ли­тейное отделение.

3. Технология производства алюминия

Для производства алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава применяются электролизные ванны.

Алюминиевый электролизер любой конструкции и мощности состоит из катодного и анодного устройств, ошиновки, опор­ных металлоконструкций с механизмами перемещения анодов и устройств для сбора и отвода газов, выделяющихся при электролизе.