Лекция № 35. Совершенствование способов получения алюминия

По распространенности в земной коре (около 8 весовых процен­тов) алюминий занимает первое место среди металлов, по объему про­изводства - второе (после железа). Встречается почти во всех горных породах. В промышленных рудах присутствует в виде минералов ко­рунда, диаспора (белит), шпинеля, гибсита, кианита, каолинита, крио­лита и ортоклаза.

Основным сырьем служат бокситы (30-60 % в пересчете из гидроксидов), каолины, нефелины и алуниты (22-39 %).

Получение алюминия из руд восстановительной плавкой при промышленно освоенных температурах невозможно, так как AljO^ наибо­лее стойкий из всех оксидов металлов, имеющий температуру плавле­ния свыше 2000° С. Как показала практика, самым оптимальным ока­зался электролиз криолито-глиноземных расплавов эвтектического со­става (около 15 % Alp^, которые плавятся при 940° С. Поэтому произ­водство алюминия складывается из двух процессов: получение из руды чистого глинозема и электролиз глинозема в расплаве.

Способы получения глинозема

В связи с тем, что электролиз глинозема однообразен, способы производства алюминия различаются лишь методами его получения из руд. Они, в свою очередь, зависят от состава пустых пород и, прежде всего, от количества SiO^ и ^e.Ry Если их мало, то применяют мокрый щелочной способ, если много - то сухой. Главная задача переработки алюминиевых руд - отделить пустую породу, содержащую FejOy SiOy СаО, TiO^ и другие соединения.

При мокром щелочном способе, разработанном в России австрий­ским инж. К. И. Байером, глинозем из бокситов извлекается растворе­нием с помощью едкого натра (выщелачивается)

Образовавшийся алюминат натрия NaAlO^ переходит в водный раствор, а примеси остаются в твердом виде (красный шлам). Их от­деляют фильтрованием, а раствор алюминатов направляют на деком­позицию (выкручивание) с добавлением воды и затравки А1(ОН)у в небольших количествах. При тщательном перемешивании и охлажде­нии происходит регенерация едкого натра, раствор которого после ох­лаждения хлопьев образовавшегося гидрооксида алюминия возвраща­ют на выщелачивание.

Суммарная реакция декомпозиции записывается в виде уравнения

Выделенный на вакуум-фильтрах А1(ОН) у обезвоживают и прока­ливают во вращающихся печах при температуре 1150-1200° С, превра­щая в глинозем

Степень извлечения глинозема этим способом не превышает 87 %. Однако небольшие расходы на производство 1 т глинозема (2,5 т бокси­та, 55 кг NaOH, 150 кг условного топлива, около 1000 МДж электроэнер­гии) и комплексная переработка сырья позволяют в будущем использо­вать этот метод.

По сухому или химико-термическому способу, разработанному А. А. Яковкиным, тонко измельченные боксит и известняк смешивают с кальцинированной содой и спекают во вращающейся барабанной печи при 1150-1250° С. В результате получают алюминат натрия и примеси, спекшиеся с СаО, которые после выщелачивания первых оборотным содо-щелочным раствором отделяют и направляют на производство цемента. А раствор алюминатов обрабатывают с целью выделения глинозема аналогично предыдущему случаю, только на первой стадии его смешивают с углекислым газом, выделившимся при спекании, что ускоряет процессы регенерации щелоков. Товарный выход глинозема из бокситов 82-84 %. На 1 т продукции затрачивается 3,5 т боксита, 1,4 т известняка, 185 кг соды, 1,2 т условного топлива, около 4000 МДж элек­троэнергии. В связи с высоким расходом электроэнергии стараются обогащением руды снизить содержание примесей и применить мокрый щелочной способ.

Нефелиновая руда перерабатывается комплексно с получением не только глинозема, но также соды, поташа и цемента. Такое же направ­ление технического прогресса и при использовании других видов сырья.