Hliník, výroba hliníku: technologie, proces a popis

Hliník má množství vlastností, které z něj činí jeden z nejpoužívanějších materiálů na světě. Je široce rozšířen v přírodě a zaujímá první místo mezi kovy. Zdá se, že s jeho produkcí by neměly být žádné potíže. Ale vysoká chemická aktivita kovu vede k tomu, že ve své čisté podobě není splněna a je těžké vyrábět - je to energeticky náročná a nákladná.

Suroviny pro výrobu

Z jakých surovin pochází hliník? Výroba hliníku ze všech minerálů, které ho obsahují, je drahá a nerentabilní. Získejte z bauxitu, který obsahuje až 50% oxidy hliníku a leží přímo na povrchu země významnou hmotností.

Tyhle hliníkové rudy mají poměrně složité chemické složení. Obsahují oxid hlinitý v množství 30-70% hmotnostních, kyseliny křemičité, která může být až 20% oxidu železa v rozsahu od 2 do 50%, titanu (až 10%).

Oxid hlinitý, a to je oxid hlinitý, je složen z hydroxidů, korundu a kaolinitu.

Nedávno byly získány oxidy hliníku z nehelinů, které také obsahují oxidy sodíku, draslíku, křemíku a alunitu.

Pro výrobu jedné tuny čistého hliníku je zapotřebí asi 2 tuny oxidu hlinitého, což se získá z asi 4,5 tuny bauxitu.

Vklady bauxitu

Zásoby bauxitu ve světě jsou omezené. Na celém světě je sedm regionů s bohatými ložisky. To Guinea v Africe, Brazílii, Venezuele a Surinam v Jižní Americe, na Jamajce, Karibiku, Austrálii, Indii, Číně, Řecku a Turecku do Středomoří a Rusku.

V zemích, kde jsou bohaté ložiska bauxitu, lze také vyvíjet výrobu hliníku. Rusko vytěžuje bauxity v Uralu, v oblastech Altai a Krasnojarsk, v jednom z okresů Leningradského regionu, nefelinu - na poloostrově Kola.

Nejbohatší ložiska patří ruské společné společnosti UC RUSAL. Za ním jdou obři Rio Tinto (Anglie-Austrálie), spojený s kanadským Alcanem a CVRD. Čtvrtým místem je společnost Chalco z Číny, pak americká australská společnost Alcoa, která je také významným výrobcem hliníku.

Původ výroby

Dánský fyzik Oersted vybral první hliník ve volné formě v roce 1825. Vycházela z chemické reakce chlorid hlinitý a amalgám draslíku, místo toho o dva roky později německý chemik Weller použil kovový draslík.

Draslík - drahý materiál, avšak v průmyslové výrobě hliníku Francouze St. Clair Deville 1854 namísto godu sodnodraselného použitém prvek je podstatně levnější, a dvakrát odolný chlorid hlinitý a sodný.

Ruský vědec NN Beketov byl schopen vytlačit hliník z roztaveného kryolitu hořčíkem. Na konci osmdesátých let tohoto století byla tato chemická reakce použita Němci na první hliníkové rostlině. Ve druhé polovině 18. století bylo 20 tun čistého kovu získáno chemickými prostředky. Byl to velmi drahý hliník.

Výroba hliníku elektrolýzou vznikla v roce 1886, kdy patentové přihlášky byly podávány zakladateli této metody americkou scholární síní a francouzským Eru. Navrhly rozpouštění oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu a poté získání hliníku elektrolýzou.

To byl začátek hliníkového průmyslu, který se stal více než stoletím historie jednou z největších odvětví metalurgie.

Hlavní etapy výrobní technologie

Obecně platí, že technologie výroby hliníku se od svého vzniku nezměnila.

Proces se skládá ze tří etap. Na první z hliníkových rud, ať už jde o bauxity nebo nephelines, oxid hlinitý-oxid hlinitý Al₂O₃ .

Poté se z oxidu extrahuje průmyslový hliník s čistotou 99,5%, což je pro některé účely nedostatečné.

Proto je v posledním stupni rafinován hliník. Výroba hliníku je dokončena jeho čištěním na 99,99%.

Získání oxidu hlinitého

Existují tři způsoby výroby oxidu hlinitého z rud:

- kyseliny;

- elektrolytická;

- alkalické.

Druhý způsob - nejběžnější, vyvinutý ve stejném století XVIII, ale od té doby se opakovaně zlepšoval a významně zlepšoval, je používán pro zpracování bauxitu s vysokým stupněm. Tvoří asi 85% oxidu hlinitého.

Podstata alkalické metody spočívá ve skutečnosti, že hliníkové roztoky se rozkládají vysokou rychlostí, když se do nich zavádí hydroxid hlinitý. Roztok, který zůstává po reakci, se odpaří při vysoké teplotě asi 170 ° C a opět se použije k rozpuštění oxidu hlinitého;

První Bauxit rozdrtí a rozemele v mlýnech s louhu vápna a poté se v autoklávu při teplotách až do 250 ° C, rozklad jeho chemické a sodné hlinitanu je vytvořen, která se zředí alkalickým roztokem již při nižší teplotě - 100 ° C, veškerý roztok hlinitanu se promyje speciální zahušťovadla oddělená od kalu. Pak se rozklad uskuteční. Prostřednictvím filtrů se roztok čerpá do míchané nádrže, aby se kontinuálně promíchala formulace, do které se přidává pevný hydroxid hlinitý pro očkování.

V hydrocyklonech a vakuových filtrech se uvolňuje hydroxid hlinitý, z nichž některé jsou vráceny jako semenný materiál a některé z nich jsou kalcinovány. Filtrát, který zůstává po oddělení hydroxidu, se rovněž vrací do oběhu za účelem vyluhování další dávky bauxitů.

Proces kalcinace (dehydratace) hydroxidu v rotačních pecích probíhá při teplotách do 1300 ° C

K výrobě dvou tun oxidu hlinitého spotřebuje 8,4 kWh elektrické energie.

Silná chemická sloučenina, jejíž teplota tání je 2050 ° C, ještě není hliník. Výroba hliníku v přední části.

Elektrolýza oxidu hlinitého

Hlavním zařízením pro elektrolýzu je speciální vana, podložená uhlíkovými bloky. K tomu je přiveden elektrický proud. Ve vaně jsou uhlíkové anody spálené, když jsou odděleny od oxidu čistého kyslíku a tvoří oxid a oxid uhličitý. Vany nebo elektrolyzery, jak se nazývají odborníci, jsou součástí elektrického obvodu v sérii, tvořící sérii. Síla proudu je 150 tisíc ampérů.

Anody mohou být dvou typů: uhelné z velkých bloků, jehož hmotnost může být větší než Soderberg tun a sestávající z uhelných briket v hliníkový plášť, které jsou slinutých během elektrolýzy při vysokých teplotách.

Provozní napětí v lázni je obvykle asi 5 voltů. Bere v úvahu jak napětí potřebné pro rozklad oxidu, tak nevyhnutelné ztráty v rozvětvené síti.

Z rozpuštěného v tavenině na bázi kryolitu, oxidu hlinitého tekutý kov, který je těžší než elektrolytové soli, usazuje se na uhelné bázi lázně. Pravidelně se čerpá.

Proces výroby hliníku vyžaduje hodně elektrické energie. Chcete-li získat jednu tunu hliníku z oxidu hlinitého, musíte vynaložit přibližně 13,5 tisíc kWh elektrické energie. Další podmínkou pro vytvoření velkých výrobních středisek je tedy blízká výkonná elektrárna.

Rafinace hliníku

Nejslavnější metodou je třívrstvá elektrolýza. Také se odehrává v elektrolytických lázních s uhlíkovými vložkami, které jsou lemované magnezitem. Anodou v procesu je samotný roztavený kov, který je podroben purifikaci. Je umístěn ve spodní vrstvě na vodivém podkladu. Čistý hliník, který se rozpouští z elektrolytu v anodové vrstvě, se rozumí nahoru a slouží jako katoda. Proud je dodáván pomocí grafitové elektrody.

Elektrolytem v mezivrstvě je fluorid hlinitý nebo čistý nebo s přídavkem chloridu sodného a barya. Zahřívá se na teplotu 800 ° C.

Spotřeba elektrické energie při třívrstvém rafinování je 20 kWh na jeden kilogram kovu, tj. 20 tisíc kWh za tunu. Proto, stejně jako žádná výroba kovů, vyžaduje hliník nejen přítomnost zdroje elektrické energie, ale velkou elektrárnu v bezprostřední blízkosti.

Rafinovaný hliník obsahuje železo, křemík, měď, zinek, titan a hořčík ve velmi malých množstvích.

Po rafinaci se hliník zpracovává na komerční výrobky. To jsou ingoty a drát, list a chushki.

Segregační produkty získané v důsledku částečné rafinace ve formě pevné sraženiny se používají k deoxidaci a částečně odcházejí jako alkalický roztok.

Absolutně čistý hliník se získá následnou zónou tavení kovu v inertním plynu nebo vakuu. Jeho pozoruhodnou charakteristikou je vysoká elektrická vodivost při kryogenních teplotách.

Recyklace druhotných surovin

Čtvrtina celkové poptávky po hliníku je splněna sekundárním zpracováním surovin. Z produktů se recykluje do recyklace.

Předem tříděné suroviny se roztaví v prahové peci. V tom jsou kovy s vyšším bodem tání než hliník, například nikl a železo. Různé nekovové inkluze se odstraňují z roztaveného hliníku promýváním chlorem nebo dusíkem.

Více tavných kovových nečistot se odstraňuje přísadami hořčíku, zinku nebo rtuti a evakuace. Hořčík se z taveniny odstraňuje chlorem.

Předem určená litá slitina se vyrábí zavedením aditiv, které jsou určeny složením roztaveného hliníku.

Hliníkové výrobní střediska

Pokud jde o spotřebu hliníku, Čína zaujímá první místo, zanechává za sebou USA na druhém místě a třetí místo je držitelem Německa.

Čína je také zemí produkce hliníku, s obrovskou rezervou v této oblasti.

Prvních deset, s výjimkou ČLR, zahrnuje Rusko, Kanadu, Spojené arabské emiráty, Indii, USA, Austrálii, Norsko, Brazílii a Bahrajnu.

V Rusku je monopol na výrobu oxidu hlinitého a hliníku kombinován společnost RUSAL. Produkuje až 4 miliony tun hliníku ročně a vyváží produkty do sedmdesát zemí a je přítomen na pěti kontinentech v sedmnácti zemích.

Americká společnost Alcoa v Rusku vlastní dvě metalurgické závody.

Největším výrobcem hliníku v Číně je Chalco. Na rozdíl od zahraničních konkurentů se veškerá aktiva soustředí ve své domovské zemi.

Divize Hydro Aluminium norské společnosti Norsk Hydro vlastní hliníkové elektrárny v Norsku, Německu, na Slovensku, v Kanadě a Austrálii.

Australská firma BHP Billiton vlastní výrobu hliníku v Austrálii, Jižní Africe a Jižní Americe.

V Bahrajnu je Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) - možná největší produkce. Hliník tohoto výrobce zaujímá více než 2% celkového objemu "okřídleného" kovu vyrobeného na světě.

Takže, shrnujícím, můžeme říci, že hlavními výrobci hliníku jsou mezinárodní společnosti, které vlastní bauxitové zásoby. A jediný proces spotřebou energie se skládá ze získání oxidu hlinitého z hliníku rudy výrobních fluoridy, které zahrnují kryolit, oxid anodového pasty a oxidu anodu, katodu, potahové materiály, a řádné elektrolytická výroba čistého kovu, který je hlavní složkou hliníku a oceli.